KR100396109B1 - Terabit per second atm packet switch having out-of-band control with multicasting - Google Patents

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Abstract

본 발명은 패킷 스위치의 분할(partitions) 또는 파이프(pipes)로 처리량이 분배되는 대규모 패킷 스위치를 위한 대역외 제어기(out-of-band)에 관한 것이다. 그러므로, 대역외 제어기는 다수 파이프 제어기로 분할된다. 이들 파이프 제어기는 링으로 접속되어 동작하므로, 각각의 파이프 제어기는 패킷의 입력 경로 요청의 해당 부분을 갖고 있다. 요청은 동시에 처리되고 하나의 파이프 제어기에서 충족되지 않은 임의의 요청은 대기하는 패킷의 경로를 검색(hunt)하기 위한 3개 까지의 후속 파이프 제어기로 제공된다. 4 레벨 까지의 병렬성을 이용함으로써, 제어기는 일반적 모노캐스트 모드(monocast mode)에서의 256개 이상의 ATM 패킷 라인에 대하여 경로를 검색하고 접속을 설정할 수 있으며, 따라서 1terabit/sec 이상의 처리량을 제공한다. 분배 제어기 설계는 이와 같이 전체 스위칭 속도를 매우 빠르게 할 수 있다. 또한, 이와 동일한 일반적인 분배 제어기의 설계는 멀티캐스팅이라 칭하는 특정한 패킷 동작에 대하여 파이프 검색을 제공할 수 있는데, 여기에서는 하나의 입력 라인으로부터의 하나의 패킷이 다수 또는 심지어 전체 출력 라인으로 송신된다. 알 수 있는 바와 같이, 멀티캐스팅은 시스템 자산을 독점하여 다른 ATM 패킷에 대하여 해를 줄 수 있으므로, 소정의 멀티캐스팅은 주로 멀티캐스팅 패킷이 운반될 수 있는 특정 패킷 사이를 중에 행해질 수 있다. 이러한 특정 패킷 사이클의 하나가 시스템 초기화시에 발생할 수 있다.The present invention relates to out-of-band for large-scale packet switches where the throughput is distributed to the partitions or pipes of the packet switch. Therefore, the out-of-band controller is divided into a plurality of pipe controllers. Since these pipe controllers operate in a ring connection, each pipe controller has a corresponding portion of the packet's input path request. The request is provided to up to three subsequent pipe controllers to hunt the path of packets waiting to be processed simultaneously and any requests not met by one pipe controller. By using up to four levels of parallelism, the controller can search for paths and establish connections for more than 256 ATM packet lines in a general monocast mode, thus providing more than 1 terabit / sec of throughput. The distributed controller design can thus make the overall switching speed very fast. This same generic distribution controller design can also provide a pipe search for a particular packet operation, referred to as multicasting, where one packet from one input line is transmitted to multiple or even entire output lines. As can be appreciated, multicasting can monopolize system assets and give solutions to other ATM packets, so that certain multicasting can be done primarily between specific packets during which multicasting packets can be carried. One such specific packet cycle may occur at system initialization.

Description

패킷 스위치 및 패킷 스위치용 제어기{TERABIT PER SECOND ATM PACKET SWITCH HAVING OUT-OF-BAND CONTROL WITH MULTICASTING}[0001] TERABIT PER SECOND ATM PACKET SWITCH HAVING OUT-OF-BAND CONTROL WITH MULTICASTING [0002]

본 발명은 1 terabit(테라비트)/sec 레벨에서 전체 처리량(aggregatethroughput)으로 통신하기 위해서 데이터 패킷을 이용하는 대규모 원거리 통신 스위치에 관한 것으며, 보다 구체적으로 멀티캐스팅(multicasting)을 제공하도록 대규모 원거리 통신 스위치를 이용하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a large scale telecommunication switch that utilizes data packets to communicate at aggregate throughput at a level of 1 terabit / sec, and more specifically to a large telecommunication switch And the like.

원거리 통신은 오래 동안 세계의 수백만 전화 음성 호출을 전달하기 위하여 가청 주파수를 인코딩(encoding), 멀티플렉스(multiplex), 송신 및 디코딩(decoding)하는데 디지털 스위칭을 이용해 왔다. 음성 호출용 원거리 통신 스위치는 수요에 발맞추어 크게 성장해 왔다. 음성 호출 트래픽을 라우팅하고 제어하는 대부분의 스위칭 시스템은 회로 스위치라고 불리는데, 이는 각각의 호출에 대하여 호출부(the calling party)와 피호출부(the called party) 사이에서 일유형의 양방향 음성 회로가 설정되는 것을 의미한다. 설정된 회로는 바람직하지 않은 왜곡 또는 시간 지연 없이 대면(face-to-face) 대화를 시뮬레이트(simulate) 하는데 필요한 대역폭 및 전송 타이밍을 갖는다.Telecommunications has long used digital switching to encode, multiplex, transmit, and decode audio frequencies to deliver millions of telephone voice calls around the world. Telecommunication switches for voice calls have grown significantly in line with demand. Most switching systems that route and control voice call traffic are called circuit switches because for each call there is a type of bidirectional voice circuit that is set up between the calling party and the called party. . The established circuitry has the bandwidth and transmission timing necessary to simulate face-to-face conversations without undesirable distortion or time delay.

회로 스위칭에 대한 대안으로서 패킷 스위칭이 있다. 패킷 스위칭에 있어서, 호출부는 정보를 한 개 이상의 패킷으로 변환할 책임을 진다. 이러한 정보는 인코딩된 음성(encoded voice)일 수도 있고, 인코딩된 컴퓨터 데이터일 수도 있으며, 인코딩된 비디오일 수도 있다. 전형적으로, 피호출부의 번호는 패킷 헤더 내에 포함되어 패킷을 그 목적지로 전달한다. 패킷 스위칭 네트워크는 각 패킷을 과도한 지연없이 각각의 목적지로 라우팅하는 작업을 한다. 통상적으로, 피호출부는 패킷을 수신하고, 정보를 적절한 형태로 다시 디코딩하는 장비를 보유한다.An alternative to circuit switching is packet switching. In packet switching, the caller is responsible for converting the information into one or more packets. This information may be an encoded voice, encoded computer data, or encoded video. Typically, the number of the called party is included in the packet header to forward the packet to its destination. The packet switching network is responsible for routing each packet to each destination without undue delay. Typically, the called party has equipment to receive the packet and decode the information back into the appropriate form.

National Information Infrastructure의 기획에 따라, 점차 더 광범위해지는여러 장소로 음성, 컴퓨터(LAN/WAN), 팩시밀리, 이미지 및 비디오 데이터를 전송하는 패킷 스위칭 트래픽의 급속한 성장으로 패킷 스위치 프로토콜 및 시스템 아키텍처가 도전을 받게 되었다.Under the National Information Infrastructure initiative, the rapid growth of packet switching traffic, which transports voice, computer (LAN / WAN), facsimile, image and video data into increasingly widespread locations, challenges the packet switch protocol and system architecture .

여러 판매자들이나 서비스 제공자들은 패킷 스위칭 서비스를 동시에 여러 형태로(ubiquitous fashion) 제공되도록 허용하는 글로벌 표준(global standard)을 정의하는 세력에 참여하고 있다. 이와 같은 통합 노력의 결과가 데이터 패킷을 효율적으로 라우팅하고 트랜스포팅(transporting)하는 수단으로서 최근의 ATM(Asynchronous Transfer Mode) 표준과 같이 확률적으로 분포된(stochastically-distributed) 도달율(arrival rate)을 갖는 ATM의 급속한 발전과 이용을 가져왔다. 그러므로, ATM은 패킷 지향형(packet-oriented) 표준이지만, 대부분의 데이터 패킷 선행자(predecessor)(X.25, 프레임 릴레이(frame relay) 등)와 달리, ATM은 셀이라 칭하는 짧은 고정 길이의 53 바이트 패킷을 이용한다. 또한, ATM은 패킷 선행자에 비교하여 매우 간소화된(streamlined) 형태의 에러 복구(error recovery) 및 흐름 제어(flow control)를 이용한다. 사실, ATM 표준은 이러한 기능을 네트워크상 에지의 상위 레벨 프로토콜이 행하도록 하면서, 링크 레벨에서는 대부분의 에러 방지(error protection) 및 흐름 제어 기능을 없앴다. 이러한 방식은 네트워크 지연 및 지터(jitter)를 최소화함으로써 짧은 셀을 신속하게 라우팅되도록 하여, ATM이 음성, 데이터 및 비디오 서비스와 호환 가능하게 한다. ATM은 컴퓨터, LAN 및 WAN 산업에 이용되므로, LAN, WAN 및 공중 스위치형 네트워크(public-switch network)를 통하여 소스 컴퓨터(source computer)로부터의 무접합(seamless) 패킷통신이 가능하다.Several vendors and service providers are involved in defining a global standard that allows packet switching services to be offered in a ubiquitous fashion at the same time. The result of such an integration effort is to have a stochastically-distributed arrival rate, such as the recent Asynchronous Transfer Mode (ATM) standard, as a means of efficiently routing and transporting data packets. The rapid development and utilization of ATM has brought about. Thus, ATM is a packet-oriented standard, but unlike most data packet predecessors (X.25, frame relay, etc.), ATM is a short fixed-length 53 byte packet . In addition, ATM utilizes a very streamlined form of error recovery and flow control as compared to packet forwarders. In fact, the ATM standard allows this functionality to be performed by higher-level protocols on the edge of the network, while eliminating most of the error protection and flow control at the link level. This approach minimizes network latency and jitter, allowing short cells to be routed quickly, making ATM compatible with voice, data and video services. Since ATM is used in the computer, LAN and WAN industries, seamless packet communication from a source computer is possible via LAN, WAN and public-switch network.

이러한 레벨의 접속이 일반 이용자에게 이용가능해지고, 유사하게 음성, 광대역 데이터 및 비디오를 결합하는 진보된 광대역 서비스가 적절한 가격으로 이용가능해지면, 장래에 발생될 수 있는 ATM 트래픽의 규모는 실제로 무제한적이다. 결과로서, 이러한 ATM 패킷 트래픽을 라우팅하는데 필요한 스위치 및 교차 접속(cross-connect)의 수 및 크기가 향후 10년 내에 놀랄 만한 속도로 성장할 수 있다. 시외(toll) 및 게이트웨이 응용을 위한 ATM 스위치 및 교차 접속은 집합 대역 폭이 155 gigabit(기가비트)/sec(SONET OC-3 155 megabit/sec 속도에서 1000개의 입력)에서 2.4 terabit(테라비트)/sec(SONET OC-48 2.4 gigabit/sec 속도에서 1000개의 입력)까지 범위에 있을 것을 요구할 수 있다. 또한, 공중 스위치형 네트워크를 통한, 가정 및/또는 LAN/WAN 접속에 대한 광대역 서비스의 요구가 일부 전문가가 믿는 바와 같이 증가한다면, 시내 전화 교환 캐리어(carrier)는 100 gigabit/sec(Ethernet 10 megabit/sec 전송 속도 및 20% 점유율에서 50,000개의 입력)에서 775 gigabit/sec(SONET OC-3 155 megabit/sec 전송 속도 및 10% 점유율에서 50,000개의 입력)까지 범위의 집합 대역폭을 갖는 메트로폴리탄 지역 네트워크(Metropolitan Area Network : MAN) 응용을 위하여 ATM 스위치 및 교차 접속을 요구할 수 있다.If this level of connectivity becomes available to the general user and similarly advanced broadband services that combine voice, broadband data and video are available at an affordable price, the scale of ATM traffic that can occur in the future is indeed unlimited . As a result, the number and size of switches and cross-connects needed to route these ATM packet traffic can grow at an alarming rate in the next decade. ATM switches and cross-connects for toll and gateway applications require 2.4 terabits per second (gigabits per second) at aggregate bandwidth of 155 gigabits per second (1000 inputs at SONET OC-3 155 megabit / sec) (1000 inputs at a SONET OC-48 2.4 gigabit / sec speed). In addition, if the demand for broadband services for home and / or LAN / WAN access over public switched networks increases as some experts believe, the local exchange carrier will have a 100 gigabit / sec (Ethernet 10 megabit / sec with a aggregate bandwidth ranging from 775 gigabits per second (SONET OC-3 155 megabit / sec transfer rate and 10% occupancy to 50,000 inputs) to 50,000 inputs at 50% Network: MAN) applications may require ATM switches and cross-connections.

필연적으로, ATM 스위치에 대한 현재 대부분의 구조 리서치 및 하드웨어/소프트웨어 개발은 보다 가까운 장래에 시장에서의 필요성에 부합하는 보다 작은 집합 대역폭을 갖는 스위치에 집중되어 있다. 예를 들어, LAN/WAN커뮤니티(community) 내에서의 대부분의 제안은 150 megabit/sec에서 12 gigabit/sec까지 범위의 집합 대역폭을 지원하고, 원거리 통신 커뮤니티 내에서 발표된 대부분의 제안은 20 gigabit/sec에서 160 gigabit/sec까지 범위의 집합 대역폭을 지원한다. 이들 구조를 더 큰 규모로 확장하는 것은 시스템의 비용 및 크기가 엄청나게 커지게 하고, 또한/또는 기초 기법의 제한 때문에 그러한 시스템은 물리적으로 실현 불가능할 수도 있다.Inevitably, most current structural research and hardware / software development for ATM switches is focused on switches with smaller aggregate bandwidth that meet market needs in the near future. For example, most proposals within the LAN / WAN community support aggregate bandwidths ranging from 150 megabits per second to 12 gigabits per second, and most proposals published within the telecommunications community include 20 gigabit / sec to 160 gigabits / sec. Extending these structures to a larger scale can result in enormous cost and size of the system, and / or due to limitations of the underlying techniques, such systems may be physically unrealizable.

예를 들어, 대규모의 고처리량 스위치의 매우 일반적인 설계는 입력 포트와 출력 포트 사이에 다수 경로를 제공하는 링크의 단(stage)(링크-단)에 의하여 상호 연결되는 스위칭 노드의 다수 단(노드 단)을 포함하는 다단 상호 연결 네트워크를 이용한다. Clos, Banyan 및 Benes 네트워크는 이러한 네트워크의 예들이다. 다단 네트워크 설계는 매우 높은 레벨의 성능(블로킹(blocking) 확률이 낮고, 지연이 낮으며, 고장에 대한 내성도가 높음)을 갖는 네트워크를 생산할 수 있고, 시스템 레벨의 비용을 낮출 수 있는데, 이는 네트워크 자원(노드 및 링크)이 네트워크 내에서 설정될 수 있는 다수의 상이한 경로에 의해 시공유(time-share)되기 때문이다. 그러나, ATM에 대하여 다단 네트워크를 물리적으로 실현하는 것은 매우 짧은 패킷 지속 기간으로 인한 문제점이 있다.For example, a very general design of a large scale high throughput switch is a multiple stage of switching nodes interconnected by a stage (link-end) of the link providing multiple paths between the input and output ports ). ≪ / RTI > The Clos, Banyan, and Benes networks are examples of such networks. A multi-stage network design can produce a network with very high levels of performance (low blocking probability, low latency, high fault tolerance) and can lower system-level costs, Because the resources (nodes and links) are time-share by a number of different paths that can be established within the network. However, physically realizing a multistage network for ATM has a problem due to a very short packet duration.

임의의 대규모 고처리량의 ATM 스위칭 구조의 설계는 최종 ATM 스위치의 전체 성능에 크게 영향을 미치는 2가지 기본적인 문제를 해결하여야 한다. 이러한 문제들 중 제 1 문제에는 분배 네트워크(또한 스위칭 구조로도 알려짐)의 내부 링크 내의 블로킹으로 인해 셀 손실이 있다는 것이고, 제 2 문제에는 스위치를 적시에동일한 순간에 통과하는 2개 이상의 ATM 셀에 의해 출력 포트의 회선 쟁탈(contention)로 인해 셀 손실이 있다는 것이다. 통상적으로, 제 1 문제는 네트워크를 충분한 스위칭 구조(노드 및 링크)로 설계함으로써 해결될 수 있으므로, 다수 경로가 입력 포트와 출력 포트 사이에 존재한다. 결과적으로, 2개 이상의 ATM 셀이 스위칭 구조 내에서 동일한 공유 자원(노드 또는 링크)을 이용하게 되는 경우, 셀은 경로를 내부 네트워크에 관한 블로킹 문제점을 제거하는 2 개의 디스조인트(disjoint) 경로를 일반적으로 발견할 수 있다. 제 2 문제는 셀을 처리하기 위한 기법을 스위치 설계자가 인식하도록 한다.The design of any large, high-throughput ATM switching architecture should address two fundamental problems that have a significant impact on the overall performance of the final ATM switch. The first of these problems is cell loss due to blocking in the internal link of the distribution network (also known as switching structure), and the second problem is that there are two or more ATM cells passing the switch at the same instant in time There is a cell loss due to the contention of the output port. Typically, the first problem can be solved by designing the network with sufficient switching structures (nodes and links), so that multiple paths exist between the input and output ports. As a result, if two or more ATM cells are to use the same shared resource (node or link) within the switching structure, the cell will have two disjoint paths to eliminate the blocking problem of the internal network . The second problem is to allow the switch designer to recognize the technique for processing the cell.

동일한 출력 포트에 충당된 셀을 조작하기 위한 스위치에 대한 일반적인 설계 기법은 Eng 등 저, A Growable Packet Switch Architecture, IEEE Transactions on Communications(1992. 2.)의 문헌 및 Yeh 등 저, The Knockout Switch, ISS AT&T Technical Papers(1987)의 다른 문헌에서 분석된다. 이러한 일반적인 설계기법은 도 1에 도시된 바와 같이 패킷 스위치를 2개의 개별적인 부분으로 분절한다. Nx(FN) 분배 네트워크(N개의 입력 포트가 제공됨) 및 K개의 m x n 출력 패킷 모듈(총 M=Kn 출력 포트가 제공됨)로 분절한다. 분배 네트워크로부터 발생하는 각각의 링크가 출력 패킷 모듈에 대한 입력들 중 하나의 입력에서 종단될 것이 요구되면, 식 FN=Km이 만족되어야 함을 알 수 있다. 스위칭 구조는 메모리 없는(memory-less : 이하, 무메모리라 함) Nx(FN) 팬아웃(fanout) 스위치인데, 셀의 요구된 출력 포트에 접속된 출력 패킷 모듈 상의 M개의 입력들 중 소정의 입력으로 도달하고 있는 ATM 셀을 라우팅하는 기능이 있다. 출력 패킷 모듈은 2개 이상의 셀이 특정 출력포트에서 회선 쟁탈될 때 지연되어야 하는 셀을 저장하는데 이용될 수 있는 버퍼를 갖는 m x n 스위치이다. 도달하고 있는 트래픽이 모든 출력 포트 양단에 균등하게 분배되고, 출력 패킷 모듈 내의 버퍼가 충분히 클 경우, 비율 m : n은 네트워크 내의 셀 손실 확률을 소정의 요구된 셀 손실 확률보다 낮게 하기에 충분히 크게 항상 선택될 수 있다. 실제로, 네트워크 크기(N)가 크고, R이 스위칭 부하를 나타내는 경우, Eng 등의 문헌에 기재된 바와 같은 m x n출력 패킷 모듈을 갖는 네트워크의 셀 손실 확률은 다음 식과 같이 제공된다.A general design technique for a switch for operating a cell assigned to the same output port is described in Eng et al., Growth Packet Switch Architecture, IEEE Transactions on Communications (1992. 2), Yeh et al., The Knockout Switch, ISS AT & T Technical Papers (1987). This general design scheme segments the packet switch into two separate portions, as shown in FIG. Nx (FN) distribution network (with N input ports provided) and K m x n output packet modules (total M = Kn output ports provided). If it is required that each link originating from the distribution network be terminated at one of the inputs to the output packet module, it can be seen that the expression FN = Km must be satisfied. The switching structure is a memory-less Nx (FN) fanout switch in which a predetermined input of the M inputs on the output packet module connected to the desired output port of the cell To the ATM cell. The output packet module is an m x n switch with a buffer that can be used to store cells that must be delayed when two or more cells are contested at a particular output port. If the arriving traffic is evenly distributed across all output ports and the buffer in the output packet module is large enough, the ratio m: n is always large enough to make the cell loss probability within the network lower than the predetermined desired cell loss probability Can be selected. Indeed, when the network size N is large and R represents a switching load, the cell loss probability of a network with an m x n output packet module as described in Eng et al.

이러한 패킷 스위치가 약 10-12의 수용가능한 셀 손실 확률을 갖고 있으므로, 기존의 장치보다 작은 소정의 손실 확률이 수용될 수 있다.Since such a packet switch has an acceptable cell loss probability of about 10 -12 , a predetermined loss probability smaller than the existing device can be accommodated.

내부 회선 쟁탈로 인한 ATM 셀의 손실 외에, N개 셀 모두가 분배 네트워크의 입력에 동시에 도달하는 ATM 패킷 스위치에 있어서, 셀은 다음 그룹의 N개 셀이 네트워크 입력 포트에 도달하기 전에 경로 검색 처리 파이프라인의 각 단에 의해 처리되어야 한다. 예를 들면, 인입 송신 라인(incoming transmission line)이 SONET OC-48. 2.5 gigabit/sec의 비트 전송 속도를 지원할 경우, 함께 도달하는 N개의 ATM 셀 그룹은 파이프라인의 다음 단에서 176 nsec(2.5 gigabit/sec 링크에서의 ATM 젤의 지속 기간)마다 처리되어 전송되어야 한다. 그러므로, 큰 값의 N에 있어서, 처리 전력의 상당한 양이 모든 N개 셀에 대한 경로 검색 동작을 완료하는데 필요하다[N=256인 경우에, 1.45 x 109경로 검색이 684 psec마다 발생하는 하나의 경로 검색의 평균 처리 속도에 대응하는 매 초(sec)마다 완료되어야 한다는 것을 주지해야 한다]. 현재의 상용 마이크로프로세서는 약 100,000,000개의 명령어(instruction)/sec를 처리할 수 있다. 각각의 경로 검색이 단 하나의 명령어를 취할 경우, 적어도 15개의 마이크로프로세서에서는 이들 경로 검색을 수행하는 그들의 처리 시간을 100% 소모할 것이다. 그러므로, 단일 마이프로프로세서가 아닌 어떤 것에 기초한 제어기가 대규모 ATM 패킷 스위치에 대해 필요할 것이다.In an ATM packet switch in which all of the N cells arrive at the input of the distribution network at the same time in addition to the loss of the ATM cell due to an internal circuit contest, It must be processed by each end of the line. For example, if the incoming transmission line is a SONET OC-48. When supporting a bit rate of 2.5 gigabits per second, a group of N ATM cells arriving together must be processed and transmitted every 176 nsec (the duration of the ATM gel at 2.5 gigabit / sec link) at the next stage of the pipeline. Therefore, for a large value of N, a significant amount of processing power is needed to complete the path search operation for all N cells (where N = 256, a 1.45 x 10 9 path search occurs every 684 psec Must be completed every second (sec) corresponding to the average processing speed of the path search of the first embodiment. Current commercial microprocessors can handle about 100,000,000 instructions / sec. If each path search takes only one instruction, at least 15 microprocessors will consume 100% of their processing time to perform these path searches. Therefore, a controller based on something other than a single MIO processor would be needed for a large ATM packet switch.

경로 검색 문제점을 해결하기 위한 2가지 방식이 계획될 수 있다. 한가지 방식은 대역내(in-band) 기법, 즉 경로 검색을 수행하기 위해 자가 라우팅(self-routing) 제어 기법을 이용한다. 전형적으로, 전술한 Clos, Banyan 및 Benes 네트워크의 다단 네트워크는 대역내 제어기 및 제어 기법을 이용한다. 대역내 제어 기법에 있어서, 접속 요청은 ATM 데이터 셀에 이미 미결(pre-pended) 상태로 남아서, 스위치를 통해 다음 ATM 페이로드(payload)에 의해 이용된 동일 경로를 따라 라우팅된다. 전형적으로, 이러한 대역내 제어 기법은 도달하고 있는 접속 요청 및 ATM 셀을 라우팅하기 위한 방법을 결정할 때 국부화된 경로 검색 동작(노드를 통과하는 셀에만 국한된 동작)을 수행하기 위해 네트워크의 노드마다 복제될 상대적으로 복잡한 하드웨어를 발생시키면서, 네트워크 내의 모든 노드를 통해 분배될 병렬 처리 요소를 필요로 한다. 제 2 방식은 대역외(out-of-band) 제어기 및 대역외 제어 기법을 이용하므로, 제어기 및 스위치 구조는 논리적으로 분리되어, 접속 요청은 최종 제어 신호가 경로를 세트시키도록 스위치 구조로 입력되기 전에 경로 검색을 수행하는 제어기로 라우팅되어야 한다. 이러한 제 2 방식은 대역의 제어기가 매우 짧은 기간에 수행되어야 하는 다수의 경로 검색 동작으로 인해 굉장히 큰 양의 처리 전력(상술함)을 갖고 있을 것을 필요로 한다.Two approaches to solving the problem of route retrieval can be planned. One approach uses an in-band scheme, i.e., a self-routing control scheme to perform a route search. Typically, the multistage network of Clos, Banyan and Benes networks described above utilizes in-band controllers and control techniques. In the in-band control scheme, the connection request remains pre-pended in the ATM data cell and is routed along the same path used by the next ATM payload through the switch. Typically, such an in-band control scheme replicates per node in the network in order to perform a localized path search operation (an operation limited to a cell passing through the node) when determining an access request and a method for routing the ATM cell It requires a parallel processing element to be distributed across all nodes in the network, generating relatively complex hardware to be. The second scheme uses an out-of-band controller and an out-of-band control scheme, so that the controller and switch structure are logically separated, and the connection request is input to the switch structure to set the final control signal path It must be routed to the controller that performs the path search before. This second scheme requires that the controller of the band has a very large amount of processing power (described above) due to the multiple path search operations that must be performed in a very short period of time.

대역내 제어 기법을 이용하는 스위치의 경로 검색 동작이 단지 국부화된 트래픽 정보에만 기초를 두고 있고, 모든 스위치 트래픽에 관련된 글로벌 정보(global information)에는 기초를 두고 있지 않기 때문에, 대역내 제어기가 수행하는 라우팅은 내부 블로킹에 관련하여 항상 최적한 것은 아니다. 결과적으로, 대역내 제어 기법에 기초를 둔 네트워크는 대역외 제어 기법에 기초를 두고 있는 저렴한 스위치와 동일한 동작 특성을 제공하기 위해서 보다 더 많은 스위치 구조(단 및 노드)를 종종 필요로 한다. 그러므로, 최적의 광학 경로 검색을 각각의 패킷에 제공하기 위해 모든 경로의 글로벌 뷰(view)를 제공하는 패킷 스위치 제어기가 본 기술 분야에 필요하다.Since the path search operation of the switch using the in-band control technique is based only on the localized traffic information and is not based on the global information related to all the switch traffic, Is not always optimal with respect to internal blocking. As a result, networks based on in-band control techniques often require more switch fabric (nodes and nodes) to provide the same operating characteristics as inexpensive switches based on out-of-band control techniques. Therefore, there is a need in the art for a packet switch controller that provides a global view of all paths to provide optimal optical path search to each packet.

개별 이용자들에 있어서, 검색되고 이용된 경로는 하나의 입력에서 하나의 요구된 출력까지이다. 이러한 1:1 이용자에 있어서, 이러한 패킷용의 논 블로킹 경로를 신속하고 효과적으로 찾는 것이 중요하다. 1:1 이용을 벗어나, 하나의 입력으로 다수 출력을 다수의 이용자가 이용할 수 있는 능력이 있으므로, 이러한 동작은 멀티캐스팅(multicasting)이라고 알려져 있다.For individual users, the path retrieved and used is from one input to one required output. For such a 1: 1 user, it is important to quickly and effectively find non-blocking paths for such packets. This behavior is known as multicasting because there is the ability for multiple users to use multiple outputs on one input, out of 1: 1 usage.

멀티캐스팅은 단일 입력 ATM 셀을 다수 출력 포트로 라우팅하는 능력이다. 멀티캐스팅은 다수의 목적지로 송신하기 위한 단일의 소스를 필요로 하는 응용을 위한 중요한 특징이다. 이러한 특징의 일반적인 응용은 CATV 전파 중계소(head-end office) 내의 비디오 서버로부터 특정한 텔레비전 쇼에 동조된 모든 가정으로 비디오 트래픽의 분배시에 발견할 수 있다. 또한, 멀티캐스팅의 특징은 원거리 통신 환경에서 단일 컴퓨터를 이용하는 이용자로부터 다수의 공간적으로 분포된 컴퓨터로 이메일(e-mail) 메시지를 분배시에 유용할 수 있다. 멀티캐스팅 라우팅에 필요한 프로토콜 및 시그널링 포맷이 ATM 표준에 의해 명확하게 정해져 있지는 않을지라도, 한가지 매우 유사한 방식은 모든 요구된 출력 포트를 포함하는 연결 리스트에 지시하는 특정 VPI/VCI 어드레스를 이용하여 모든 출력 포트에 이용자로 하여금 접속을 설정하도록 요구하는 프로토콜 방식이다. 자가 라우팅 제어 기법에 기초를 둔 다수의 ATM 스위치에 있어서, 선택한 스위치 설계는 셀의 다수의 사본을 네트워크 내에 주입하기 전에 멀티캐스팅될 도달 ATM 셀의 다수의 사본을 만들기 위한 입력 라인 카드에 관한 것이다. 이러한 알려진 설계는 입력 라인 카드 내의 하드웨어에 비교적 복잡한 추가를 요구하는데, 단일 입력 ATM 셀이 N개의 모든 출력 포트로의 송신을 요구할 수 있으므로, 각각의 입력 라인 카드는 ATM 셀의 N개 사본을 네트워크 내에 발생시켜 주입할 수 있어야 한다. 이것은 라인 카드들에 대한 설계에 커다란 부담을 주게 된다. 그러므로, 라인 카드의 설계에 부담을 주지 않고서도 멀티캐스팅을 제공하는 ATM 스위치를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 다수 출력에 대한 단일 데이터 셀의 멀티캐스팅을 제공하기 위해 ATM 패킷 스위치를 제어하는 분배형 대역외 제어기를 갖는 것이 바람직하다.Multicasting is the ability to route a single input ATM cell to multiple output ports. Multicasting is an important feature for applications that require a single source for transmission to multiple destinations. Typical applications of this feature can be found in the distribution of video traffic from a video server within a CATV head-end office to any home synchronized to a particular television show. In addition, the feature of multicasting may be useful in distributing e-mail messages from a user using a single computer to a plurality of spatially distributed computers in a telecommunications environment. Although the protocols and signaling formats required for multicasting routing are not explicitly defined by the ATM standard, one very similar approach is to use all VPI / VCI addresses for all output ports To request a user to set up a connection. For multiple ATM switches based on self-routing control techniques, the selected switch design relates to an input line card for making multiple copies of arriving ATM cells to be multicast before injecting multiple copies of the cell into the network. This known design requires a relatively complicated addition to the hardware within the input line card, since a single input ATM cell may require transmission to all N output ports, so that each input line card has N copies of the ATM cells in the network To be injected. This places a heavy burden on the design of line cards. Therefore, it is desirable to have an ATM switch that provides multicasting without burdening the design of the line card. It is also desirable to have a distributed out-of-band controller that controls the ATM packet switch to provide multicasting of a single data cell for multiple outputs.

간단히 말하면, 본 발명의 한가지 특징에 따르면, 상술한 문제점은 하나의 ATM 셀 주기 저장 기능, 단일 단, 복잡도가 감소된 스위치 구조, 목적지 출력 라인이 부착되는 다수 출력 패킷 모듈에 대한 송신을 제공하는 대역외 제어기 및 요구된 ATM 셀의 사본을 이에 부착된 각각의 목적지 출력 라인에 제공하는 출력 패킷 모듈과의 라인 인터페이스를 갖는 ATM 패킷 스위치용의 분배형 대역외 제어기를 제공함으로써 극복된다.Briefly stated, in accordance with one aspect of the present invention, the above-described problem is solved by providing an ATM cell period storage function, a single stage, a reduced complexity switch structure, a band providing a transmission to a multiple output packet module to which a destination output line is attached Out-of-band controller for an ATM packet switch having an external controller and a line interface with an output packet module that provides a copy of the requested ATM cell to each destination output line attached thereto.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상술한 문제점은 각각의 멀티캐스팅 원거리 통신 패킷용 다수 경로를 배치하기 위한 패킷 스위치에 제어기를 제공함으로써 극복되며, 이러한 제어기는 스위치 구조와 출력 모듈 사이의 패킷 스위치의 각각의 접속의 통화중/통화정지 상태(busy-or-idle)를 저장하기 위한 메모리를 포함한다. 이러한 메모리는 다수의 통화중/통화 정지 상태 표로 분할되고, 이러한 통화중/통화 정지 표는 멀티캐스팅 패킷에 대해 각각 요구된 경로를 신속하게 배치하도록 동시에 액세스된다.According to another aspect of the present invention, the above-mentioned problem is overcome by providing a controller in a packet switch for placing multiple paths for each multicasting telecommunication packet, And a memory for storing a busy-or-idle state of a connection of the mobile terminal. This memory is partitioned into a number of busy / out-of-call status tables, and these busy / busy stalls are simultaneously accessed to quickly locate the requested route for each multicast packet.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상술한 문제점은 다수의 크로스바(crossbar) 스위치를 각각 갖는 다수의 파이프를 갖는 스위치 구조를 갖고 있는 패킷 스위치에 제어기를 제공함으로써 극복된다. 이러한 제어기는 패킷 스위치의 다수의 입력 라인들 중 하나의 라인에 수신된 멀티캐스팅 원거리 통신 패킷을 위해 다수의 경로를 배치하기 위한 것이다. 제어기는 다수의 파이프 검색 제어기를 포함하며, 이들 파이프 검색 제어기 각각은 다수의 파이프로부터의 각각의 파이프를 제어한다. 각각의 이러한 파이프 검색 제어기는 다수의 크로스바 스위치 제어기를 가지며, 파이프의 각각의 크로스바 스위치는 이에 관련된 각각의 크로스바 스위치 제어기를 갖고 있다. 또한, 제어기는 통화중/통화 정지 상태 표를 저장하기 위한 저장부를 포함한다. 저장부 내의 통화중/통화 정지 상태 표의 각각의 비트는 각각의 크로스바 스위치의 각각의 접속에 관련되고, 이러한 접속 동작을 제어하기 위한 각각의 통화중/통화 정지 비트를 저장한다. 더욱이, 제어기는 통화중/통화 정지상태 표의 각각의 비트를 액세스하여, 이에 부착된 한개 이상의 출력 라인에 대한 적어도 하나의 출력 패킷 모듈에 대한 적어도 하나의 경로를 요구하여 패킷을 동시에 멀티캐스팅한다. 따라서, 패킷 스위칭 동작을 신속하고 매우 효과적으로 행할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the above-mentioned problem is overcome by providing a controller in a packet switch having a switch structure having a plurality of pipes each having a plurality of crossbar switches. This controller is for placing a plurality of paths for multicasting telecommunication packets received on one of the plurality of input lines of the packet switch. The controller includes a plurality of pipe search controllers, each of which controls each pipe from a plurality of pipes. Each such pipe search controller has a plurality of crossbar switch controllers, and each crossbar switch of the pipe has a respective crossbar switch controller associated therewith. The controller also includes a storage for storing a busy / call suspended status table. Each bit of the busy / call suspended state table in the store is associated with a respective connection of each crossbar switch and stores a respective busy / busy stop bit for controlling this connection operation. Moreover, the controller simultaneously accesses each bit of the Busy / Busy State Table and multicasts the packet by requiring at least one path to at least one output packet module for the one or more output lines attached thereto. Therefore, the packet switching operation can be performed quickly and very effectively.

도 1은 보급형 성장가능 패킷 스위치의 블록도,Figure 1 is a block diagram of a low-cost,

도 2는 도 1의 스위치를 개략적으로 다시 도시한 블록도,Figure 2 is a block diagram schematically showing again the switch of Figure 1;

도 3은 스위치 구조가 본 발명에 따른 L개의 다수 파이프로 분할되는 성장가능 패킷 스위치의 블록도,Figure 3 is a block diagram of a growable packet switch in which the switch structure is divided into L multiple pipes according to the present invention;

도 4는 4개의 파이프(L=4)를 갖고 있고 파이프에 대한 구성을 도시한 본 발명의 특정 실시예로서 도 3과 유사한 블록도,Figure 4 is a block diagram similar to Figure 3 as a specific embodiment of the present invention having four pipes (L = 4) and showing the configuration for the pipes,

도 5는 제어기를 보다 더 상세하게 도시한 도 4에 도시된 실시예의 간략화한 블록도,FIG. 5 is a simplified block diagram of the embodiment shown in FIG. 4 showing the controller in more detail;

도 6은 도 5에 도시된 제어기에 대한 요청 타이밍 수순을 도시한 도면,6 shows the request timing procedure for the controller shown in Fig. 5, Fig.

도 7은 출력 모듈에 관한 실시예의 간략화한 블록도,Figure 7 is a simplified block diagram of an embodiment of an output module,

도 8은 유원지 및 이것의 위성 주차장의 평면도에서의 롤링 및 그 동작에 관한 예를 도시한 도면.8 is a view showing an example of rolling and its operation in a plan view of an amusement park and its satellite parking lot;

도 9는 우선 할당이 있기도 하고 없기도 한 여러 가지 ATM 셀 손실 확률의 계산 값을 도시한 도면,FIG. 9 is a diagram showing calculated values of various ATM cell loss probabilities, with or without priority assignment,

도 10은 대표적인 스위치 제어기 및 이것의 링크 제어기의 간략화한 블록도,Figure 10 is a simplified block diagram of an exemplary switch controller and its link controller,

도 11은 링크 제어기의 상세한 논리도,11 is a detailed logic diagram of the link controller,

도 12는 도 11에 도시된 링크 제어기의 상태 표를 나타낸 도면,12 is a diagram showing the state table of the link controller shown in FIG. 11,

도 13A 내지 도 13D는 요청 수순에 응답하여 스위치 제어기의 동작을 함께 결합된 상태에서 도시한 도면,Figures 13A-13D illustrate the operation of the switch controller in combination with each other in response to a request procedure;

도 14는 본 발명에 따른 4개의 파이프 제어기를 갖고 있는 스위치를 통과하는 경로 검색 요청의 롤링을 도시한 도면,Figure 14 illustrates rolling of a route search request through a switch having four pipe controllers according to the present invention;

도 15는 멀티캐스팅 셀의 목적지 출력 라인에 취해진 다수 경로를 도시한 도면.15 shows multiple paths taken to a destination output line of a multicasting cell;

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS

10, 10A : ATM 스위치 120-12N-1: 입력 인터페이스10, 10A: ATM switch 12 0 -12 N-1 : Input interface

14, 14A : 스위치 구조 150-1563: 크로스바 스위치14, 14A: Switch structure 15 0 -15 63 : Crossbar switch

160-l6V-1: 출력 모듈 170-17255: 입력 라인 카드16 0 -16 V-1 : Output module 17 0 -17 255 : Input line card

20 : 제어기 240-243: 파이프 검색 제어기20: controller 24 0 -24 3 : pipe search controller

260-2663: 스위치 제어기 300-303: 스위칭 통신망26 0 -26 63 : Switch controller 30 0 -30 3 : Switching network

도 2를 참조하면, ATM 통신용으로 보급된 대규모 스위치(10)가 블록도 형태로 도시되어 있다. ATM 스위치(10)는 다수의 입력 인터페이스(120-12N-1), 스위치 구조(a switch fabric)(14) 및 버퍼 출력 모듈(buffered output modules)(160-16V-1)을 갖고 있다. ATM 동작에 있어서, 입력 인터페이스(120-12N-1)는 입력에서 수신된 정보를 스위치 구조(14)의 다수 입력 포트(multiple input ports)로 패닝 아웃(fanning out)하기 위한 정합 네트워크(matching network) 및 파워 증폭기(power amplifiers)로서 작용하는 고속 디지털 증폭기이다. 또한, 각각의 입력 인터페이스(120-12N-1)는 후술한 바와 같이 하나의 ATM 셀을 저장할 수 있는 능력을 필요로 한다. 유사하게 ATM 동작에 있어서, 버퍼 출력 모듈(160-16V-1)은 2개 이상의 패킷이 전송되어 출력(Out0-OutN-1)의 동일 출력선을 다투는 경우 패킷 손실을 감소시키도록 버퍼링 작용을 하는 집중 장치(concentrator)이다.Referring to Figure 2, a block diagram of a large scale switch 10 deployed for ATM communications is shown in block diagram form. The ATM switch 10 has a plurality of input interfaces 12 0 -12 N-1 , a switch fabric 14 and buffered output modules 16 0 -16 V-1 have. In an ATM operation, the input interfaces 12 0 -12 N-1 are matched for matching the information received at the input to the multiple input ports of the switch fabric 14, network and power amplifiers. In addition, each of the input interface (12 0 -12 N-1) needs the capability to store one ATM cell, as described below. Similarly, for ATM operation, the buffer output module 16 0 -16 V-1 may be configured to reduce packet loss when two or more packets are sent and the same output line of the output (Out 0 -Out N-1 ) It is a concentrator that acts as a buffer.

스위치 구조(14)는 입력 인터페이스(120-12N-1)로부터의 각 출력이 스위치 구조(14) 내에서 F개의 입력으로 패닝 아웃되는 팬아웃(a fanout : F)을 포함하므로, ATM 스위치(10)가 NxN 스위치인 경우 스위치 구조(14)는 FN개의 내부 입력 및 출력 모듈(160-16V-1)에 대한 FN개의 출력을 가질 것이다. 출력 모듈(160-16V-1)은 스위치 구조(14)의 FN개의 출력을 N개의 출력 모듈의 출력(Out0-OutN-1)으로 변환하기 위해 F의 팬인(fanin) 즉 집중 인자(concentration factor)를 갖고 있다. 각각의 출력 모듈(160-16V-1)은 FIFO 큐(queue)내에 도달하고 있는 ATM 패킷을 저장한 다음, 출력포트가 이용 가능할 때 이들 FIFO 큐 각각의 맨앞에 있는 ATM 패킷을 요구된 출력선(Out0-OutN-1)으로 라우팅한다.Switch structure 14 is the fan-out (a fanout: F) in which each output is fanning out to F inputs within switch fabric 14 from the input interface (12 0 -12 N-1) because it contains, ATM switch If switch 10 is an NxN switch, switch structure 14 will have FN outputs for FN internal input and output modules (16 0 -16 V-1 ). The output module 16 0 -16 V-1 has a fanin of F to convert the FN outputs of the switch structure 14 to the outputs of the N output modules Out 0 -Out N-1 , (concentration factor). Each output module (16 0 -16 V-1 ) stores the ATM packets arriving in the FIFO queue and, when the output port is available, transfers the ATM packet preceding each of these FIFO queues to the requested output (Out 0- Out N-1 ).

스위치 구조(14)는 각각의 입력 포트(170-17N-1)로부터 각각의 출력 포트(190-19FN-1)로의 다수 경로를 제공하기 위한 스위치 네트워크, 특히 크로스바 스위치(crossbar switch) 네트워크일 수 있는 일반적인 분산 네트워크(distribution network)이다. 그러나, N의 크기가 32를 초과할 경우 스위치 구조(14)의 스위칭 소자로서 동작하는 단일 크로스바 스위치가 아닌 NxN 스위치를 만드는 것은 실현가능성이 별로 없다. 그러므로, 도 2에 도시된 일반적인 아키텍처를 실현하기 위하여 소정의 다른 방식이 필요하다.Switch structure 14 has a network switch, in particular a crossbar switch (crossbar switch) for providing a number of paths to the respective output port (19 0 -19 FN-1) from each input port (17 0 -17 N-1) It is a general distribution network that can be a network. However, it is not feasible to make an NxN switch rather than a single crossbar switch operating as a switching element of the switch structure 14 when the size of N exceeds 32. [ Therefore, some other scheme is required to realize the general architecture shown in Fig.

도 3을 참조하면. 실현 가능하며 N개의 입력(N의 크기는 최소한 256임)에 대하여 가능한 ATM 스위치(10)가 도시되어 있다. 블로킹(blocking)을 방지하기 위하여 각각의 입력 포트(170-17N-1)로부터 스위치 구조(14)를 통과하는 다수 경로가 제공된다. 이들 다수 경로는 파이프(pipe)라고 지칭되는 그룹으로 분할되는데 각각의 파이프는 네트워크 내의 각 입력 포트(170-17N-1)와 각 출력 포트(190-19FN-1) 사이에 정확하게 하나의 경로를 제공한다. 그러므로, 스위치 구조(14)는 다수 파이프(180-18L-1)로 구성된다. 출력 모듈(160-16V-1)은 본질적으로 도 2에 도시된 출력 모듈과 동일하다.Referring to FIG. A possible ATM switch 10 is shown for N possible inputs (the size of N is at least 256). A number of paths are provided through the switch fabric 14 from each input port 17 0 -17 N-1 to prevent blocking. These multiple paths are divided into groups called pipes, each having exactly one ( 1 ) between each input port (17 0 -17 N-1 ) in the network and each output port (19 0 -19 FN-1 ) Lt; / RTI > Therefore, the switch structure 14 is composed of a plurality of pipes 18 0 - 18 L-1 . The output module (16 0 -16 V-1 ) is essentially the same as the output module shown in FIG.

본 명세서에서 참조로 인용되고 있는, 공동으로 양도되어 1995년 12월12일에 "TERABIT PER SECOND PACKET SWITCH"라는 명칭으로 출원된 계류중인 출원 EPC 제95309013.1호에서 알 수 있는 바와 같이, 스위치 구조는 단일단(a single stage), 무메모리(memoryless) 및 비자가 라우팅 네트워크(non-self routing network)이다. 완전(full) NxN 크로스바 스위치에서와 같이 스위치 구조(14)가 절대적으로 논 블로킹(non-blocking)하지는 않기 때문에, 각각의 ATM 셀 마다 4개의 파이프 전체에 대하여 경로를 검색(hunt)하도록 하는 제어기(20)가 포함된다. 각각의 파이프(180-183)가 ATM 셀을 전달할 수 있는 경로를 포함하기 때문에, 제어기(20)의 실제 목적은 블로킹되지 않은 경로를 찾는 것이다.As can be seen in the co-pending application filed on December 12, 1995, entitled " TERABIT PER SECOND PACKET SWITCH ", which is hereby incorporated by reference, A single stage, memoryless, and a non-self routing network. A controller that hunts paths across all four pipes for each ATM cell, as switch structure 14 is not non-blocking, as in a full NxN crossbar switch 20). The actual purpose of the controller 20 is to find the unblocked path, since each pipe 18 0 - 18 3 contains a path that can carry ATM cells.

ATM 스위치(10)에 있어서, 입력 라인의 수 N은 256개이고, 각각의 입력 라인이 표준 2.5 gigabit/sec의 데이터 전송 속도로 동작하는 경우, 이것의 전체 처리량은 0.640 terabit/sec일 수 있다. 그러한 ATM 스위치를 512개의 입력 라인 및 출력 라인으로 두 배만큼 스케일링(scaling)하거나 성장시키는 것은 용이한 일이며 전체 처리량은 1terabit/sec 보다 더 많게 된다. 1024 x 1024의 크기까지 ATM 스위치를 증가시키는 것이 종래 기법에서 고려되었으며, 상업적으로 이용 가능한 소자의 속도가 증가하고 새로이 더 빠른 속도의 기법이 개발됨에 따라 본 발명의 아키텍처는 더욱 더 확장될 것으로 믿어진다.For the ATM switch 10, if the number of input lines N is 256 and each input line operates at a standard 2.5 gigabit / sec data rate, its overall throughput can be 0.640 terabit / sec. Scaling or growing such an ATM switch to twice as many as 512 input and output lines is easy and the overall throughput is more than 1 terabit / sec. Increasing the ATM switch to a size of 1024 x 1024 has been considered in the prior art and it is believed that the architecture of the present invention will be further extended as the speed of commercially available devices increases and new faster speed techniques are developed .

도 4를 참조하면, ATM 스위치(10A)의 특정 실시예가 도시되어 있다. 이러한 특정 실시예에 있어서, ATM 스위치(10A)는 256개의 ATM 입력 라인(In0-In255)에 접속된 256개의 입력 인터페이스(120-12255)를 갖고 있다. 입력 인터페이스의 출력은 스위치 구조(14A)의 입력 포트(170-17N-1)에 접속된다. 스위치 구조(14A)는 4개의 파이프(180-183)로 분할되는 총 64개의 16x16 크로스바 스위치(150-1563)를 포함한다. 팬아웃(F)은 4이며 출력 포트의 수 = FN 즉 1024개의 출력 포트(190-191023)를 갖는다. 출력 포트(190-191023)는 16개의 64×16 출력 패킷 모듈(160-1615)의 입력으로 각각 접속된다. 16개의 64x16 출력 패킷 모듈은 256개의 출력(Out0-Out255)에 접속된다. 당업자라면 소자들의 다른 조합, 예를 들어 32개의 32× 8출력 모듈도 도 4에 도시된 64× 16출력 모듈 대신에 이용될 수 있다는 것을 알 것이다.Referring to Fig. 4, a specific embodiment of an ATM switch 10A is shown. In this particular embodiment, the ATM switch 10A has 256 input interfaces 12 0 -12 255 connected to 256 ATM input lines (In 0 -In 255 ). The output of the input interface is connected to the input port 17 0 -17 N-1 of the switch fabric 14A. The switch structure 14A includes a total of sixteen 16x16 crossbar switches 15 0 -15 63 divided into four pipes 18 0 -18 3 . The fanout F is 4 and the number of output ports = FN or 1024 output ports (19 0 -19 1023 ). The output ports (19 0 -19 1023 ) are connected to the inputs of sixteen 64 × 16 output packet modules (16 0 -16 15 ), respectively. Sixteen 64x16 output packet modules are connected to 256 outputs (Out 0 -Out 255 ). It will be appreciated by those skilled in the art that other combinations of elements, for example 32 32x8 output modules, may be used instead of the 64x16 output module shown in FIG.

또한, ATM 스위치(10A)는 각각의 ATM 패킷에 대하여 스위치 구조(14A)를 통과하는 이용 가능한 파이프를 검색할 책임을 지는 제어기(20)를 포함하고 있다. 제어기(20)는 스위치 구조(14A)가 4개의 파이프로 분할되어 파이프 검색 작업을 각각 수용가능한 양만큼씩 시간적으로 시프트된 4개의 병렬 파이프 검색 작업으로 나눈다는 사실을 이용한다. 이러한 제어기(20)의 일실시예에 관한 상세도가 도 5에 도시되어 있다.In addition, the ATM switch 10A includes a controller 20 that is responsible for retrieving the available pipes through the switch fabric 14A for each ATM packet. The controller 20 takes advantage of the fact that the switch structure 14A is divided into four pipes and divides the pipe search job into four parallel pipe search operations that are time-shifted by an acceptable amount, respectively. A detailed view of one embodiment of this controller 20 is shown in FIG.

처리량 0.640 terabit/sec을 갖는, 도 4 및 도 5에 도시되어 있는 전술된 N=256의 실시예에서 제어기(20)는 약 8개의 프린트 회로 기판 상에 포함될 수 있다. 제어기(20)는 256개까지의 라인 입력 인터페이스(120-12255)로부터 256개까지의 16비트 요청 벡터(request vector)를 수용할 것이며, 매 176 nsec내에 이들 요청 벡터 각각에 대한 경로 검색을 수행할 것이다. 1024개의 16비트 접속 벡터를 발생시키기 위하여 ATM 셀 기간(interval)이 스위치 구조(14A)내에서 접속을 형성하는데 이용된다. 이것은 제어기(20)가 최소한 46 megabit/sec의 프로세서 클럭 속도로 동작할 것을 요구한다. 이러한 적정 클럭 속도는 제어기(20)내의 논리가 오프더쉘프(off-the shelf) CMOS EPLD 장치 또는 이와 유사한 장치로 구현될 수 있게 하며, 이로써 제어기(20)(대규모)의 이용이 매우 합당하게 된다.In the above described N = 256 embodiment shown in Figures 4 and 5, with a throughput of 0.640 terabit / sec, the controller 20 may be included on about eight printed circuit boards. The controller 20 will receive up to 256 16-bit request vectors from up to 256 line input interfaces (12 0 -12 255 ), and retrieve a path search for each of these request vectors within 176 nsec Will do. An ATM cell interval is used to form a connection within the switch fabric 14A to generate 1024 16-bit connection vectors. This requires the controller 20 to operate at a processor clock speed of at least 46 megabits per second. This appropriate clock rate allows the logic in the controller 20 to be implemented in an off-the shelf CMOS EPLD device or similar device, making the use of the controller 20 (large scale) very reasonable.

입력 인터페이스(120-12255)에서 제어기(20)로 요청 벡터를 이동시키는 것과 제어기(20)에서 스위치 구조(14A)의 크로스바 스위치(150-1563)로 접속 벡터를 이동시키는 것은 간단하지 않은 문제인데, 그 이유는 다량의 제어 정보가 176 nsec의 ATM 셀 기간마다 전송되어야 하기 때문이다. 예를 들어, 256개의 입력 인터페이스를 포함하는 ATM 스위치에 있어서는, 256개의 16비트 요청 벡터가 176 nsec마다 제어기(20)로 전송되어야 하는데, 이는 입력 인터페이스의 서브 시스템과 제어기(20)의 서브 시스템 사이에서 전체 대역폭이 23 gigabit/sec가 되도록 한다. 또한, 1024개의 16비트 접속 벡터는 176 nsec마다 스위치 구조(14A)로 전송되어 크로스바 스위치(150-1563)를 제어하여야 한다. 이것은 제어기(20)의 서브 시스템과 스위치 구조(14A)의 서브 시스템 사이에 93 gigabit/sec의 전체 대역폭을 필요로 한다. 이러한 93 gigabit/sec의 접속 벡터 정보는 표준 압축 기법에 의해 29 gigabit/sec(단 하나의 입력만이 각각이 ATM 셀 기간동안 출력으로 라우팅될 수 있다고 가정하면)로 압축될 수 있다. 그러나, 이러한 제어 정보는 높은 신뢰성(reliability)으로 전달되어야 하기 때문에, 이들 서브 시스템 사이의 모든 제어 접속 또는 제어 링크가 이중으로 중복되고(도 4에는 도시하지 않음), 따라서 입력인터페이스 카드(input interface cards)와 제어기(20) 사이에서는 실제로 46 gigabit/sec의 데이터 이동이 있고, 제어기(20)와 스위치 구조(14A) 사이에서는 58 gigabit/sec의 데이터 이동이 있다. 바람직하게, 고속 직렬 링크(22)가 이러한 제어 정보를 송신하는데 이용될 것이다. 이러한 경우에, 입력 인터페이스(120-12255)는 4개의 인터페이스 그룹으로 그룹을 이루고 있으므로, 요청 벡터를 입력 인터페이스(120-12255)에서 제어기(20)로 이동시키는데 64개의 직렬 링크만이 필요하고, 결과적인 접속 벡터를 제어기(20)에서 파이프(180-183)로 이동시키는데는 128개의 직렬 링크가 필요할 것이다(전술한 데이터 압축 기법이 접속 벡터에 적용된다고 가정함).Moving the request vectors from the input interfaces 12 0 -12 255 to the controller 20 and moving the connection vectors from the controller 20 to the crossbar switches 15 0 -15 63 of the switch structure 14A is simple This is because a large amount of control information must be transmitted every 176 nsec ATM cell period. For example, for an ATM switch that includes 256 input interfaces, 256 16-bit request vectors must be sent to the controller 20 every 176 ns, which is between the subsystem of the input interface and the subsystem of the controller 20 So that the total bandwidth is 23 gigabits / sec. In addition, 1024 16-bit connection vectors must be transmitted to the switch fabric 14A every 176 nsec to control the crossbar switches 15 0 - 15 63 . This requires a total bandwidth of 93 gigabits per second between the subsystem of the controller 20 and the subsystem of the switch fabric 14A. These 93 gigabit / sec connection vector information can be compressed to 29 gigabits / sec (assuming that only one input can be routed to the output for each ATM cell period) by standard compression techniques. However, since such control information must be communicated with high reliability, all control connections or control links between these subsystems are duplicated (not shown in FIG. 4) and thus input interface cards There is actually 46 gigabits per second of data movement between the controller 20 and the switch 20 and 58 gigabits per second of data movement between the controller 20 and the switch structure 14A. Preferably, the high-speed serial link 22 will be used to transmit such control information. In this case, since the input interfaces 12 0 - 12 255 are grouped into four interface groups, only 64 serial links are needed to move the request vector from the input interfaces 12 0 - 12 255 to the controller 20 128 serial links would be needed to move the resulting connection vector from the controller 20 to the pipes 18 0 - 18 3 (assuming that the data compression scheme described above is applied to the connection vector).

대역외(out-of-band) 제어 기법의 이용은 이들 고속 직렬 제어 링크(22)의추가적 하드웨어 비용을 필요로 하지만, 이러한 링크(22)는 전체 시스템 하드웨어 비용을 별로 증가시키지 않는다. 도 4 및 도 5의 256-입력 ATM 스위치(10A)가 입력 인터페이스(120-12255)들과 스위치 구조(14A)사이에서 ATM 셀을 라우팅하는데 필요한 1024개의 고속 직렬 링크(4의 팬아웃이 포함될 경우)를 이미 갖추고 있으며, 스위치 구조의 출력(190-191023)으로부터 출력 패킷 모듈(160-1615)로 ATM 셀을 라우팅하는데 1024개의 보다 고속의 직렬 링크가 이용된다는 점을 고려한다. 그러므로, 제어 정보를 라우팅하기 위하여 192개의 직렬 링크(22)를 추가하는 것은 시스템 내의 고속 직렬 링크의 총 수를 단지 9%만큼 증가시키는 것이다.The use of out-of-band control techniques requires additional hardware costs of these high-speed serial control links 22, but these links 22 do not significantly increase the overall system hardware cost. The 256-input ATM switch 10A of FIGS. 4 and 5 needs 1024 high-speed serial links (4) to route the ATM cells between the input interfaces (12 0 -12 255 ) and the switch fabric 14A , And considering that 1024 higher-speed serial links are used to route ATM cells from the output (19 0 -19 1023 ) of the switch fabric to the output packet modules (16 0 -16 15 ) . Therefore, adding 192 serial links 22 to route control information is to increase the total number of high-speed serial links in the system by only 9%.

1995년 12월12일에 "TERABIT PER SECOND PACKET SWITCH"란 명칭으로 출원된 계류중인 출원, EPC 제95309013.1호에서 설명하는 바와 같이 입력의 연결이 대칭적(symmetric)이며 독립적이지 않다고 가정하면, "The Knockout Switch"라는 논문에 기재된 Yeh 등의 계산을 적용하는 경우 도 4 및 도 5에 도시된 ATM 스위치(10A)의 ATM 셀 손실 확률은 4.34 x 10-3이 된다. 이러한 셀 손실 확률은 전술한 1x10-12보다 적은 수용 가능한 ATM 셀 손실 확률에 미치지 못한다.Assuming that the connections of the inputs are symmetric and independent, as described in the pending application, EPC 95309013.1, filed December 12, 1995, entitled " TERABIT PER SECOND PACKET SWITCH & Knockout Switch ", the ATM cell loss probability of the ATM switch 10A shown in Figs. 4 and 5 is 4.34 x 10-3 . This cell loss probability does not meet the acceptable ATM cell loss probability of less than 1x10 < -12 >

ATM 셀 손실 확률을 감소시키기 위해서, 제어기(20)는 롤링(rolling) 기법(많은 통계학적 장점을 제공함)으로 알려져 있는 시간적 스프레딩 기법(a temporal spreading technique)을 적용한다. 롤링 기법은 보다 균등하게 분배된 트래픽 부하를 제공하는데 도움을 주는 3가지 기본적인 목표를 포함하고 이를 충족시킨다. 이러한 목표는 (1) 하나의 파이프가 트래픽 부하량에 대하여 비례적인 부분(proportional fraction)만큼만을 전송하도록 모든 파이프(180-183)에 대하여 균등하게 공간적으로 트래픽을 분배하고, (2) 각각의 크로스바 스위치가 동일하게 적재되도록 각각의 파이프(180-183)내의 모든 16x16 크로스바 스위치(150-1563)에 대하여 균등하게 공간적으로 트래픽을 분배하며, (3) 특정한 출력 패킷 모듈에 대하여 전송되어야 하는 매우 많은 양의 트래픽이 존재하는 특정한 ATM 셀 주기에 트래픽 부하가 크게 감소되도록 두 번의 ATM 셀 주기에 대하여 소정의 ATM 셀 주기 내에 도달하는 트래픽을 시간적으로 분배하는 것이다. 이와 같이 트래픽 부하를 크게 줄이는 것은 혼잡(congested) ATM 셀 기간 동안 도달하는 ATM 셀 중 일부를 지연시킴으로써 달성된다. 셀은 선호되는 리소스(popular resource), 즉 선호되는 출력 패킷 모듈로의 접속에 대한 경쟁(competing)이 크게 줄어들 수 있는 다음 이어지는 ATM 셀 기간까지 지연되므로, 그 지연된 셀은 다음 ATM 셀 기간 중에 라우팅될 확률이 더 높아질 것이다. 스위치 구조(14A)가 무메모리이기 때문에, 다음 ATM 셀 기간 동안 대기해야 하는 ATM 셀은 각각의 입력 인터페이스(120-125255)내에 저장된다.In order to reduce the probability of ATM cell loss, the controller 20 applies a temporal spreading technique known as a rolling technique (which provides many statistical advantages). The rolling technique includes and meets three basic goals that help provide a more evenly distributed traffic load. This goal is to (1) distribute traffic evenly spatially across all pipes 18 0 - 18 3 so that one pipe only transmits proportional fractions to the traffic load, and (2) Distributes traffic evenly and spatially across all 16x16 crossbar switches (15 0 -15 63 ) in each pipe (18 0 -18 3 ) so that the crossbar switch is equally loaded, and (3) To distribute traffic arriving within a given ATM cell period for two ATM cell periods in a timely manner such that the traffic load is significantly reduced in a particular ATM cell period where there is a very large amount of traffic to be received. Thus, greatly reducing the traffic load is achieved by delaying some of the ATM cells arriving during a congested ATM cell period. The cell is delayed until the next succeeding ATM cell period where competing for a popular resource, i. E., Competing for connection to the preferred output packet module can be greatly reduced, so that the deferred cell is routed during the next ATM cell period Probability will be higher. Since the switch fabric 14A is memory-free, the ATM cells that must wait for the next ATM cell period are stored in their respective input interfaces 12 0 - 125 255 .

부하를 분배하기 위한 패킷 트래픽 제어의 이러한 3가지 기본적 목표를 만족시키는 것 외에, 롤링 기법은 또 다른 2가지 매우 중요한 ATM 시스템에 관한 목표를 만족시킨다. 첫째, 목표(4)는 롤링 기법이 스트림 내의 소정의 ATM 셀을 다른 것들과 달리 지연되게 하는 경우라도 출력 패킷 모듈(160-1615)에서 ATM 스트림이 재구성될 때 ATM 셀 순서가 쉽게 유지될 수 있음을 보장하여야 한다는 것이다. 둘째,목표(5)는 제어기(20)가 모든 ATM 셀을 4개의 경로 중 각각을 통하여 요구된 출력 패킷 모듈로 라우팅을 시도할 것이나, 연속하는 경로 검색 시도 각각은 보다 적게 적재되어 있는 16× 16 크로스바 스위치에서 발생되어 제 1 경로 검색 시도는 이전에 라우팅된 많은 ATM 셀을 갖고 있는 16x16 크로스바 스위치내에서 발생되지만(따라서 출력 패킷 모듈로의 이용 가능한 경로가 매우 적음), 제 4의 최종 경로 검색 시도는 사실상 공백 상태(empty)인 16x16 크로스바 스위치 내에서 발생하도록(따라서 출력 패킷 모듈에 대한 많은 이용 가능한 경로를 제공함) 하여야 한다는 점을 롤링 기법이 보장하여야 한다는 것이다. 롤링 기법은 공간적 네트워크의 일부분에서 가능한 많은 호출 신호를 팩(pack)하는(현행 데이터보다 적은 비트수로 압축하여 기억시키는 것) 공간 경로 검색 기법과 유사하며, 이는 시스템 각 부분에서 점유율이 거의 100%에 달하도록 함으로써 시스템 이용률이 100%보다 적은 경우 남아있는 호출이 시스템의 나머지 부분을 통하여 성공적으로 라우팅될 수 있는 확률이 매우 높아지게 한다. 그러므로, 제 4의 최종 경로 검색 시도에 있어서 롤링은 ATM 셀이 성공적으로 라우팅될 확률을 매우 높게 한다. 다수의 ATM 셀을 네트워크의 일부분에서 팩함으로써, 목표(5)는 트래픽이 네트워크를 통하여 공간적으로 분배될 것을 요구하는 목표(1)과 외관상 충돌하는 것으로 보인다. 그러나, 후술하는 바와 같이, 롤링 기법에 의해 제공되는 시간적 스프레딩은 네트워크가 목표(1)과 목표(5)를 동시에 만족시키게 한다.In addition to satisfying these three basic goals of packet traffic control for distributing the load, the rolling scheme satisfies the goals of another two very important ATM systems. First, the goal (4) is that the order of the ATM cells is easily maintained when the ATM stream is reconfigured in the output packet modules (16 0 -16 15 ), even if the rolling scheme causes certain ATM cells in the stream to be delayed unlike others It is necessary to ensure that Secondly, the goal 5 would be that the controller 20 would attempt to route all ATM cells to each of the four output paths through the desired output packet module, but each successive path search attempt would result in a less loaded 16x16 The first path search attempt, which occurs at the crossbar switch, occurs within a 16x16 crossbar switch with many previously routed ATM cells (thus, the available path to the output packet module is very small) Is to ensure that the rolling technique must be guaranteed to occur within an effectively empty 16x16 crossbar switch (thus providing many available paths to the output packet module). Rolling schemes are similar to spatial path search techniques that pack as many call signals as possible in a fraction of the spatial network (compressing and storing them in less bits than the current data), which accounts for nearly 100% So that if the system utilization is less than 100%, the probability that the remaining calls are successfully routed through the remainder of the system becomes very high. Therefore, in the fourth final path search attempt, rolling increases the probability that an ATM cell is successfully routed to a very high degree. By packing a number of ATM cells in a portion of the network, the target 5 appears to collide apparently with target 1, which requires that traffic be spatially distributed through the network. However, as will be described later, the temporal spreading provided by the rolling technique allows the network to satisfy both objectives 1 and 5 at the same time.

도 4의 256개 입력 포트(170-17N-1) 각각이 분배 네트워크를 통해 라우팅될필요가 있는 ATM 셀을 갖고 있다고 가정하고, 스위치 구조(14A)가 4개의 파이프(180-183)로 구성되어 있다고 가정하면, 대역외 제어기(20)는 셀이 라우팅되기 이전에 ATM 셀에 대하여 256× 4 = 1024개의 고유 경로 검색을 수행하도록 요구될 수 있다. 4개의 모든 파이프에 ATM 셀(접속을 요구하는 256개의 ATM 셀)을 균등하게 분배하기 위하여, 롤링 기법은 요청을 동일 크기의 4개 그룹으로 분할한다. 제 1 그룹은 제일 먼저 파이프(180), 그런 다음 파이프(181), 그런 다음 파이프(182), 그리고 최종적으로 파이프(183)에서 그 ATM 셀에 대한 경로 검색을 수행할 것이다. 제 2 그룹은 제일 먼저 파이프(181), 그런 다음 파이프(182), 그런 다음 파이프(183), 그리고 최종적으로 파이프(180)에서 그 ATM 셀에 대한 경로 검색을 수행할 것이다. 제 3 그룹은 제일 먼저 파이프(182), 그런 다음 파이프(183), 그런 다음 파이프(180), 그리고 최종적으로 파이프(181)에서 그 ATM 셀에 대한 경로 검색을 수행할 것이다. 제 4 그룹은 제일 먼저 파이프(183), 그런 다음 파이프(180), 그런 다음 파이프(181), 그리고 최종적으로 파이프(182)에서 그 ATM 셀에 대한 경로 검색을 수행할 것이다. 이러한 경로 검색의 링모양 순서(ring-like ordering)는 라우팅될 ATM 셀이 모든 4개의 파이프에 대하여 균등하게 분배되는 것을 보장한다. 또한, 4개의 동일 크기 그룹 각각내에서 ATM 셀들이 선택되어 단일 그룹 내에 있는 ATM 셀들이 임의의 16× 16 크로스바 스위치 상의 16개 입력 중 정확하게 4개 입력으로 라우팅될 수 있을 경우, 그 라우팅될 ATM 셀은 또한 모든 16x16 크로스바 스위치 전체에 대하여 균등하게 분배될 것이다.Assuming that each of the 256 input ports 17 0 -17 N-1 of Figure 4 has an ATM cell that needs to be routed through the distribution network and the switch structure 14A has four pipes 18 0 -18 3 , The out-of-band controller 20 may be required to perform 256 x 4 = 1024 eigen-path searches for the ATM cell before the cell is routed. In order to evenly distribute ATM cells (256 ATM cells requiring connection) to all four pipes, the rolling scheme divides the requests into four groups of equal size. The first group will perform a path search for that ATM cell first in pipe 18 0 , then in pipe 18 1 , then in pipe 18 2 , and finally in pipe 18 3 . The second group will perform a path search for that ATM cell first in pipe 18 1 , then in pipe 18 2 , then in pipe 18 3 , and finally in pipe 180. The third group will perform a path search for that ATM cell first in pipe 18 2 , then in pipe 18 3 , then in pipe 18 0 , and finally in pipe 18 1 . The fourth group will perform a path search for that ATM cell first in the pipe 18 3 , then in the pipe 18 0 , then in the pipe 18 1 , and finally in the pipe 18 2 . The ring-like ordering of this route lookup ensures that the ATM cell to be routed is evenly distributed over all four pipes. Also, if ATM cells within each of the four equal size groups are selected and ATM cells within a single group can be routed to exactly four of the 16 inputs on any 16x16 crossbar switch, then the ATM cells to be routed Will also be evenly distributed across all 16x16 crossbar switches.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따르는 롤링 기법에 대한 타이밍도가 도시되고 있다. 목표(1), 목표(2) 및 목표(5)를 동시에 만족시키기 위해서, 대역외 제어기(20)는 목표(3)에서 개시된 시간 지연/시간 분배를 이용하고, 목표(3)에 의해 요구되는 이러한 ATM 셀 지연은 각각의 ATM 셀 기간 동안 제공되어야 한다. 모든 경우에 있어서, ATM 셀 그룹이 파이프(183)에서 파이프(180)까지 링모양 제어기(20) 구조를 따라서 지나갈 때, 제어기(20)는 셀을 다음 ATM 셀 기간(주기)으로 재할당하며, 이는 그 ATM 셀이 하나의 셀 주기만큼 지연되도록 요구한다. 이와 같은 재할당 및 지연으로 인하여, 각각의 셀 그룹은 제 4의 최종 경로 검색에 대하여 매우 적게 적재되어 있는 16x16 크로스바 스위치를 만나게 된다. ATM 셀 기간의 재할당 및 지연을 이용하는 이와 같은 롤링 기법의 또 다른 장점은 또한 64개보다 많은 동시에 도달하는 ATM 셀들을 스위치 구조(14A)를 통해서 임의의 단일 패킷 출력 모듈(160-1615)로 라우팅되도록 할 수 있다(스위치 구조(14A)와 각각의 출력 패킷 모듈(160-1615) 사이의 접속 또는 링크가 오직 64개뿐인 경우까지도)는 것이다. 롤링 기법에 있어서 모든 ATM 셀이 동일한 ATM 셀 기간 중에 라우팅될 필요는 없기 때문에 그러한 것이다. 그러므로, 롤링 기법이 대역외 제어기(20)에 이용된다면, 엄청나게 높은 트래픽 부하를 갖는 과도 셀 기간 동안일지라도, 스위치 구조(14A) 및 출력 모듈(160-1615) 모두에서 셀 손실 확률이 매우 낮아지게 된다.Referring to Figures 5 and 6, a timing diagram for a rolling technique according to the present invention is shown. Out-of-band controller 20 uses the time delay / time distribution disclosed in goal 3 and uses the time delay / time distribution disclosed in goal 3 to satisfy target 1, target 2 and goal 5 simultaneously This ATM cell delay must be provided for each ATM cell period. In all cases, when the ATM cell group passes along the ring-shaped controller 20 structure from pipe 18 3 to pipe 18 0 , the controller 20 reassigns the cell to the next ATM cell period (period) , Which requires that the ATM cell be delayed by one cell period. Due to this reassignment and delay, each cell group will encounter a 16x16 crossbar switch that is much less loaded for the fourth final path search. Of the rolling technique such as this using a reallocation and delay of ATM cell period further advantage it is also 64 large any single output packet module ATM cells reaching through the switch structure (14A) at the same time (16 0 -16 15) than (Even if there are only 64 connections or links between switch fabric 14A and each output packet module 16 0 -16 15 ). This is because, in the rolling scheme, not all ATM cells need to be routed during the same ATM cell period. Therefore, if the rolling technique is used in the out-of-band controller 20, the probability of cell loss in both the switch fabric 14A and output modules 16 0 -16 15 is very low, even during transient cell periods with very high traffic loads .

일반적으로 스위치 구조(14A)를 통해 라우팅되는 소정의 ATM 셀들에 의해서 초래되는 하나의 ATM 셀 주기 지연들은 적절한 셀 순서를 유지하도록 요구하는 목표(4)를 만족시키는 것이 곤란하다는 결론에 이를 것이다. 그러나, 대역외 제어기(20)내의 링모양 경로 검색 순서는 항상 ATM 셀 스트림에서 지연된 셀이 비지연(non-delayed) 셀보다 낮은 번호의 파이프를 통해 라우팅될 것임을 보장한다(여기서, 파이프(180)는 최저 번호의 파이프이고, 파이프(183)는 최고 번호의 파이프임). 이와 같은 정보는, ATM 셀이 기껏해야 하나의 셀 주기만큼 지연된다는 사실과 함께, 셀이 스위치 구조(14A)에서 추출되어 최저 번호의 파이프에서 최고 번호의 파이프로의 순서(파이프(180), 파이프(181), 파이프(182) 그리고 파이프(183))에 따라 출력 모듈(160-1615)의 각 출력 모듈에 있는 선입 선출(first-in-first-out) 큐(1740-17463)(도 7에 도시됨)로 적재된다면 적절한 셀 순서가 유지될 수 있다는 점을 보장한다.One ATM cell cycle delays caused by certain ATM cells, which are typically routed through switch fabric 14A, will come to the conclusion that it is difficult to satisfy target 4, which requires to maintain the proper cell order. However, to ensure delayed in the ring-shaped path search order is always an ATM cell stream in the out-of-band controller 20 that the cell is routed through a pipe of non-delayed (non-delayed), a lower number than the cells (where pipe (18 0 ) Is the lowest numbered pipe, and pipe 18 3 is the highest numbered pipe. This information can be used to determine whether the cell is extracted from the switch structure 14A and the order from the lowest numbered pipe to the highest numbered pipe (pipes 18 0 , pipe (18 1), the pipe (18 2) and the pipe (18 3)) according to the output module (16 0 -16 15) first-in-first-out (first-in-first-out ) queue (174 0 in each of the output modules -174 63 (shown in FIG. 7), it is ensured that the proper cell order can be maintained.

도 7을 참조하면, 출력 모듈(160)(및 15개 나머지 출력 모듈(161-1615))은 본 명세서에서 참조로 인용되고 있는, 본 발명의 양수인에게 공동으로 양도된, 1995년 5월2일에 허여된 Cyr등의 "ASYNCHRONOUS TRANSFER MODE SWITCH ARCHITECTURE"란 명칭의 미국 특허 제5,412,646호에 개시된 집중 장치의 64× 16 실시예일 수 있다. 도 7의 출력 모듈(160)은 앞서 참조된 Cyr 등의 특허에 관한 도 4에 도시되어 있는 일반화된 집중 장치의 특정한 예이다. 출력 모듈(160-1615)은 전술한 특허에 잘 기재되어 있으므로, 여기서는 간결함을 위해서 그에 관하여 더 이상 설명하지 않는다.7, the output module (16 0) (15 and the remaining output module (16 1 -16 15)) are, jointly, the May 1995 assigned to the assignee of the present invention which is incorporated herein by reference Quot; ASYNCHRONOUS TRANSFER MODE SWITCH ARCHITECTURE ", such as Cyr et al., Which is incorporated herein by reference, may be a 64x16 embodiment of the concentrator disclosed in U.S. Patent No. 5,412,646 entitled " ASYNCHRONOUS TRANSFER MODE SWITCH ARCHITECTURE " An output module (16 0) of Fig. 7 is a specific example of the generalized concentrator shown in Figure 4 of the patent, such as previously referenced Cyr. The output modules 16 0 - 16 15 are well described in the above-mentioned patents, and are not described further herein for the sake of brevity.

롤링 기법에 관한 방정식을 보다 잘 이해하기 위해서, 실제 생활에서 이와 유사한 도 8의 유원지 주차 시스템(500) 평면도를 참조하여 설명하고자 한다. 유원지 주차장(511,512,513,514)에서 유원지(520)로 많은 사람들을 운송하는데 있어서 두 지점 사이에서 왕복하여 사람들을 나르는 전동 열차(tram)를 이용하는 문제를 생각한다. 전동 열차 시스템(530)은 스위치 구조(14A)의 4개의 파이프와 유사하게 사전 결정 루트를 따라 움직이는 4개의 전동 왕복 열차로 구성된다. 각각의 전동 왕복 열차는 16개의 자동차(특정 파이프 내의 16x16 크로스바 스위치를 나타냄)를 포함하고, 각 왕복 자동차에는 16개의 좌석(단일의 16x16 크로스바 스위치에서 나오는 출력 링크를 나타냄)이 마련되어 있다. 이와 유사하게, 각 고객(ATM 셀을 나타냄)이 유원지(520)를 둘러싸고 있고 4개의 주차장(511,512,513,514) 중 하나의 주차장에 도달한다. 그 결과, 각각의 고객은 4개의 그룹 중 하나의 그룹에 즉시 배치되고, 주차장(511-514)이 동일한 크기이므로, 각 그룹은 평균적으로 동일한 수의 고객을 수용한다. 이 때, 임의의 단일 주차장 내의 고객들은 나뉘어서 16개의 라인 중 하나의 라인에 줄을 서는데, 각각의 라인은 유원지 왕복 전차의 자동차 각각에 관련된다. 유원지(520)는 16개의 다양한 테마 영역(과거의 땅, 미래의 땅 등)으로 세분되어 있고, 특정한 전동 열차의 자동차에 속하는 16개 좌석 각각에는 그 좌석의 점유자가 입장 허가를 받게 될 테마 영역에 해당하는 명칭이 붙여져 있다. 주차장에 도달하기 전에, 각각의 고객은 자신이 하루를 보내고자 하는 16개 테마영역(16개의 출력 패킷 모듈(160-1615)을 나타냄) 중 한 장소를 임의로 선택해야 한다. 그런 다음 고객은 유원지 주차장의 탑승 구역(531,532,533,534)을 통과하는 4개의 전동 열차 중 하나의 전동 열차에서 원하는 테마 영역에 관련되는 이용가능한 좌석을 발견하여야 한다. 4개의 전동 열차가 통과한 이후 고객이 이용 가능한 좌석을 발견하지 못하였다면, 그 고객은 그 하루 동안 유원지에 입장할 수 없게 된다(이와 같은 엄정한 조건은 분배 네트워크에서 모든 4개의 파이프가 블로킹되어 있음으로 인한 ATM 셀의 손실에 대한 작으나 없지는 않은 가능성을 나타낸다).In order to better understand the equations of the rolling technique, reference is made to a similar floor plan of the amusement park system 500 of FIG. 8 in real life. Consider the problem of using an electric train (tram) to transport people between two points in transporting many people from an amusement park (511,512,513,514) to an amusement park (520). The electric train system 530 consists of four motorized trains traveling along a predetermined route similar to the four pipes of the switch structure 14A. Each powered train includes 16 cars (representing a 16x16 crossbar switch in a particular pipe), and each roundabout has 16 seats (representing the output link from a single 16x16 crossbar switch). Similarly, each customer (representing an ATM cell) surrounds the amusement park 520 and reaches the parking lot of one of the four parking lots 511, 512, 513, 514. As a result, each customer is immediately placed in one of the four groups, and since the car parks 511-514 are the same size, each group on average accepts the same number of customers. At this time, customers in any single car park line up on one of the 16 lines, each of which is associated with each car in the amusement park roundtrip. The amusement park 520 is subdivided into 16 different theme areas (past land, future land, etc.), and each of the 16 seats belonging to a specific electric train car has a theme area in which the seat occupant The corresponding name is attached. Before reaching the parking lot, each customer should randomly select one of 16 themed areas (16 output packet modules (16 0 -16 15 )) they wish to spend the day in. The customer should then find available seats associated with the desired theme area on one of the four electric trains passing through the boarding area (531, 532, 533, 534) of the amusement park. If the customer does not find a seat available after the four electric trains have passed, the customer will not be able to enter the amusement park during that day (this exact condition is that all four pipes are blocked in the distribution network) Indicating a small but non-existent probability of loss of the ATM cell due to the loss of the ATM cell).

고객이 시도할 수 있는 탑승 구역에 정지하는 제 1 전동 열차는 3개의 다른 주차장 탑승 구역을 이미 방문하였으므로, 고객이 미리 정한 좌석은 아마도 채워져 있을 것이다. 그러나, 고객이 그 전동 열차에서 원하는 좌석이 비어 있다는 것을 발견한 경우, 그 전동 열차는 곧 바로 그 고객을 유원지(520)로 데려다 줄 수 있다. 고객이 제 1 전동 열차에 탑승하지 못한 경우, 고객은 이미 2개의 다른 주차장 탑승 구역을 방문한 제 2 전동 열차를 대기하여야 한다. 고객이 제 2의 전동 열차에서 자신이 미리 정한 좌석을 발견하는데 성공한다면, 이 전동 열차는 하나의 다른 주차장 탑승 구역에 정차한 후에 고객을 유원지(520)로 데려다 준다. 고객이 제 1 전동 열차 및 제 2 전동 열차에 탑승하지 못한 경우, 고객은 단지 하나의 다른 주차장 탑승 구역만을 방문하고 지나온 제 3 전동 열차를 대기하여야 한다. 고객이 제 3 전동 열차에서 자신의 좌석을 발견하는데 성공한 경우, 이 전동 열차는 추가적으로 두 번의 다른 주차장 탑승 구역에 정차한 후 고객을 유원지(520)로 데려다줄 수 있다. 고객이 처음 3개의 전동 열차 중 임의의 전동 열차에 탑승하지 못한 경우, 고객은 제 4 최종 전동 열차를 대기하여야 한다. 다행히, 이 전동 열차는 아직 어떠한 주차장도 방문하지 않았으므로, 도착하는 전동 열차는 비어 있을 것이고, 고객의 좌석은 그 고객과 같은 주차장의 탑승 라인에 있는 다른 고객이 동일한 자리를 차지하고자 하는 경우에만 선점되어 있을 수 있다. 시스템(530)은 연속하여 도착하는 전동 열차가 이전의 전동 열차보다 훨씬 적게 적재되어 있기 때문에 목표(5)를 만족시킨다. 그러므로, ATM 셀 롤링 제어기(20)는 실제로 목표(1), 목표(2) 및 목표(5)를 충족시킬 수 있다.The first electric train, which stops in the passenger compartment where the customer can try, has already visited three different parking lot areas, so the customer's predetermined seat will probably be filled. However, if the customer finds that the desired seat is empty on the electric train, the electric train can immediately take the customer to the amusement park 520. [ If the customer fails to board the first electric train, the customer must wait for the second electric train which has already visited two different parking spaces. If the customer succeeds in finding his / her predetermined seat on the second electric train, the electric train stops at one other parking space and then takes the customer to the amusement park 520. If the customer fails to board the first and second electric trains, the customer must only visit one other parking lot and wait for the passing third electric train. If the customer succeeds in finding his / her seat on the third electric train, the electric train may stop at two additional parking spaces and take the customer to the amusement park 520. If the customer fails to board any of the first three electric trains, the customer must wait for the fourth final electric train. Fortunately, this electric train has not yet visited any parking lot, so the arriving electric train will be empty and the customer's seat will only be occupied if the other customer on the boarding line of the same parking lot as the customer wishes to occupy the same place . System 530 satisfies goal 5 since the continuously arriving electric train is much less loaded than the previous electric train. Therefore, the ATM cell rolling controller 20 can actually meet the target 1, the target 2 and the target 5.

단독으로 이용되는 경우 롤링 기법은 ATM 스위치(10A)의 ATM 셀 손실 확률을 4.34 x 10-3에서 약 10-11로 개선한다. "A Growable Packet Switch Architecture"라는 논문에 기재된 분석 기법을 이용하면, 갈루아체 이론(Galois field theory)에 따라서 스위치 구조(14)의 입력에 대하여 독립적으로 접속하고 롤링 기법을 이용하는 대역의 제어기(20)를 구비한 ATM 스위치(10A)의 셀 손실 확률이 분석적으로 모델링되고 계산될 수 있다. 파이프(180)내의 16× 16 크로스바 스위치 각각은 Ra=RL/4+Rres와 동일한 트래픽 부하 제공을 수신하는데, 여기서 Rres는 파이프(183)에서 블로킹되고 재시도를 위해 파이프(180)로 라우팅되는 16× 16 크로스바 스위치에 대한 16개의 입력의 부분(the fraction of the 16 inputs)으로 정의된다. 셀 손실 확률에 대하여 해결하고자 하는 처음의 시도에 있어서, Rres=RL/16이라고 가정한다. 그러므로, 파이프(180)내에서 단일 16x16 크로스바 스위치의 셀 손실 확률은 Eng 등의 식을 이용하여 결정될 수 있다.When used alone, the rolling scheme improves the ATM cell loss probability of the ATM switch 10A from 4.34 x 10-3 to about 10 -11 . Using the analytical technique described in the paper entitled " A Growable Packet Switch Architecture ", the bandwidth controller 20, which independently connects to the input of the switch structure 14 according to Galois field theory and uses the rolling technique, The cell loss probability of the ATM switch 10A provided with the ATM switch 10A can be analytically modeled and calculated. Pipes (18, 0) in the 16 × 16 crossbar switch, each of Ra = R L / 4 + to receive the same traffic load provided with Rres, where Rres is blocking the pipe (18 3) the pipe (18 0) for retry Lt; / RTI > is defined as the fraction of the 16 inputs to a 16x16 crossbar switch that is routed to a 16x16 crossbar switch. For the first attempt to solve the cell loss probability, let Rres = R L / 16. Thus, the cell loss probability of a single 16x16 crossbar switch in pipe (18, 0) can be determined using the expression of such Eng.

여기에서, m=1, n=1이며, 스위치 부하는 Ra=RL/4+RL/16으로 주어진다. 이러한 할당치를 이용하면, 완전히 적재된(RL=1.0) 파이프(180)의 16× 16 크로스바 스위치에서 최종 셀 손실 확률은 다음과 같이 계산될 수 있다.Here, m = 1, n = 1, and the switch load is given by Ra = RL / 4 + RL / 16. With this assignment, the final cell loss probability at a 16 x 16 crossbar switch of a fully loaded (R L = 1.0) pipe 18 0 can be calculated as:

그러므로, 첫 번째 시도 이후에 제 2 파이프로 전해지는 16× 16 크로스바로의 16개 입력의 부분이 다음 식에 의하여 제공된다.Therefore, the portion of the 16 inputs of the 16x16 crossroads delivered to the second pipe after the first attempt is provided by the following equation.

대칭적으로, 이것도 역시 파이프(183)로부터 파이프(180)로 전해지는 입력의 부분과 동일하므로, 이상의 RL/16=0.062라는 나머지 가정은 부정확하다. 이러한 가정을 조정하여 두 번째 시도를 수행함으로써, Rres=RL/32이라고 가정한다. 그러므로, 파이프(180)내에서 단일 16× 16 크로스바 스위치의 셀 손실 확률은 Eng 등의 식을 이용하여 다시 결정될 수 있는 바, 여기서 m=1, n=1이고 스위치 부하는 Ra=RL/4+RL/32로 주어진다. 이러한 할당치를 이용하여, 완전히 적재된(RL=1.0) 파이프(180)의 16x16 크로스바 스위치의 최종 셀 손실 확률은 다음과 같이 계산된다.Symmetrically, This is also the same as the portion of the input transmitted from a pipe (18 3) the pipe (18, 0), the rest home of more than R L /16=0.062 is incorrect. By making this second attempt by adjusting this assumption, we assume that Rres = R L / 32. Therefore, the cell loss probability of a single 16 x 16 crossbar switch in pipe 18 0 can be determined again using an equation such as Eng, where m = 1, n = 1 and the switch load is Ra = R L / 4 + R L / 32. Using this quota, the final cell loss probability of the 16x16 crossbar switch of the fully loaded (R L = 1.0) pipe 18 0 is calculated as:

그러므로, 첫 번째 시도 이후에 제 2 파이프로 전해지는 16× 16 크로스바로의 16개 입력의 부분은 다음 식에 의하여 제공된다.Therefore, the portion of the 16 inputs of the 16x16 crossroads delivered to the second pipe after the first attempt is provided by the following equation.

이러한 계산 결과는 Rres=RL/32=3.13x10-2의 가정된 값에 매우 근사하므로, 그 가정이 만족스러운 것으로 간주될 수 있다. 블로킹된 셀은 후속 경로 검색을 위하여 파이프(181)로 전송되는데, 이전 시도로부터 무시할 만한 수의 ATM 셀이 그러하다. 그러므로, 파이프(181)내의 16× 16 크로스바 스위치는 증대 가능한 패킷 스위치로서의 분석을 위해 모델링될 수 있는바, 여기서 m=1, n=1이고 Ra=f1-2 이며, 이러한 모델의 최종 셀 손실 확률은 1.4x10-21이다. 파이프(182)로 전해지는 파이프(181)내에서 16× 16 크로스바 스위치로의 16개 입력의 부분은 4.2x10-4이다. 이와 유사한 방법을 이용하여 파이프(182)에 진입하는 셀에 대한 최종 셀 손실 확률이 1.9x10-4이고, 파이프(183)로 전달된 16x16 크로스바로의 16개 입력의 부분이 7.9x10-8인 것을 알 수 있다. 파이프(183)내에서 최종 ATM 셀 손실 확률은 3.7x10-8이고, 파이프(183)내에서 라우팅되지 않는(따라서, 모든 4개의 파이프 시도로 라우팅되지 않은) 16x16 크로스바 스위치로의 16개 입력의 부분은 2.9x10-15이다. 그러므로, 대역의 제어기(20)내에서 롤링 기법을 이용함으로써, 스위치 구조(14A)의 입력에 독립적으로 접속된 ATM 스위치(10A)의 ATM 셀 손실 확률은 1.47x10-6의 수용불가능한 값에서 2.9x10-15의 수용 가능한 값으로 감소될 수 있다.The result of this calculation is very close to the assumed value of Rres = R L /32=3.13x10 -2 , so that assumption can be considered satisfactory. The blocked cell is forwarded to the pipe 18 1 for subsequent path searching, which is a negligible number of ATM cells from previous attempts. Therefore, a 16 x 16 crossbar switch in pipe 18 1 can be modeled for analysis as an incremental packet switch, where m = 1, n = 1 and Ra = f1-2, The probability is 1.4x10 -21 . The portion of the sixteen inputs to the 16x16 crossbar switch in the pipe 18 1 that is routed to the pipe 18 2 is 4.2 x 10 -4 . Using a similar method, the final cell loss probability for a cell entering the pipe 18 2 is 1.9 x 10 -4 , and the portion of the 16 inputs of the 16 x 16 crossbar delivered to the pipe 18 3 is 7.9 x 10 -8 . Pipe (18 3) the final ATM cell loss probability within is 3.7x10 -8, pipe (18 3) that is not routed within (and thus, are not routed in all four pipe attempts) 16 inputs to a 16x16 crossbar switch Is 2.9x10 < -15 & gt ;. Therefore, the use of the rolling techniques within the controller 20 of the band, ATM cell loss probability of the switch fabric (14A) the ATM switch (10A) connected independently to an input of 2.9x10 is in an unacceptable value of 1.47x10 -6 Lt ; RTI ID = 0.0 > -15 . ≪ / RTI >

ATM 스위치(10A)의 셀 손실 확률을 더욱 더 감소시키기 위하여 전술한 롤링기법과 함께 바람직한 기법이 이용될 수 있다. 도 8의 유원지 비유를 다시 참조하면, 한 명보다 많은 고객이 동일한 좌석을 요구할 경우 그 라인에서 어떤 고객에게 소정의 특정 좌석이 제공될 것인지를 결정하도록 전동 열차의 탑승 구역에서 소정 형태의 중재가 필요로 된다. 이와 마찬가지로, 대역외 제어기(20)는 2개 이상의 셀이 동일한 링크에 대한 액세스를 요청하는 경우에는 언제나 도착하는 ATM 셀들 중 어떤 셀에 대하여 그 특정 링크를 할당할 것인지 선택하기 위한 중재 방안을 제공해야 한다. 이용되는 중재 방안은 TM 셀 손실 확률에 대하여 바람직한 영향을 미칠 수 있다.A preferred technique can be used in conjunction with the rolling techniques described above to further reduce the cell loss probability of the ATM switch 10A. Referring back to the amusement park analogy of FIG. 8, if more than one customer requires the same seat, a certain type of arbitration is required at the boarding area of the electric train to determine which customer will be provided with a particular seat . Likewise, the out-of-band controller 20 should provide an arbitration scheme for selecting which of the arriving ATM cells to assign that particular link whenever two or more cells request access to the same link do. The arbitration scheme used may have a favorable effect on the TM cell loss probability.

한 가지 가능한 중재 방안은 ATM 셀 중 어떤 셀이 링크에 할당되는지를 무작위(random)로 결정하는 방안이다. 무작위 선택 방안은 전술한 롤링 기법의 분석을 위하여 가정된 방안이다. 그러나, 다른 중재 방안도 가능하며, 바람직한 결과를 가져오는 한 가지 특정한 중재 방안이 우선 방안(preference scheme)이라고 지칭된다. 우선 중재 방안은 특정 그룹에서 각각의 ATM 셀에 대하여 우선 가중치(weight)를 할당한다. 2개 이상의 셀이 동일한 링크에 대한 액세스를 요청하는 경우 언제나 더 높은 우선 가중치를 갖는 ATM 셀이 더 낮은 우선 가중치를 갖는 ATM 셀보다 선행한다. 결과적으로, ATM 셀의 그룹사이에 유효한 계층이 생성된다.One possible arbitration scheme is to randomly determine which cell of an ATM cell is assigned to a link. The random selection scheme is an assumed scheme for the analysis of the rolling technique described above. However, other interventions are possible and one particular intervention that produces the desired outcome is referred to as a preference scheme. First, the arbitration scheme allocates a weight to each ATM cell in a specific group. When two or more cells request access to the same link, an ATM cell with a higher priority weight always precedes an ATM cell with a lower priority weight. As a result, a valid layer is created between the groups of ATM cells.

높은 우선 가중치를 갖는 고객이 낮은 우선 가중치를 갖는 고객보다 더 나은 서비스를 제공받을 것이기 때문에, 계층의 생성은 외관상 바람직하지 않은 특성을 생성하는 것으로 보일 수 있다. 실제로, 각 그룹 내의 최고 우선 가중치를 갖는 한 명의 고객은 결코 자신의 ATM 셀이 다른 고객의 ATM 셀에 의해 블로킹되는 일이 없다. 이것이 부당한 듯 보일지라도, 이러한 계층에 의하여 발생하는 효과에 관하여 상세히 분석하면 실제로 모든(가장 낮은 우선 가중치를 갖는 계층의 최저부에 있는 고객에게 조차) 고객에 대해 개선된 성능, 즉 최저 셀 손실 확률을 가져오는 것을 알 수 있다.Since a customer with a higher priority weighting will be better served than a customer with a lower priority weighting, the creation of a hierarchy may seem to create an apparently undesirable characteristic. Indeed, one customer with the highest priority weight in each group never ever blocks his ATM cell from being blocked by another customer's ATM cell. Although this may seem unreasonable, a detailed analysis of the effects caused by this hierarchy shows that in fact all customers (even those at the lowest part of the hierarchy with the lowest priority weight) have improved performance, You can see that it is imported.

이러한 분석의 결과는 도 9에 요약되어 있는데, ATM 셀 손실 확률, 즉 이용가능한 경로를 할당받지 못한 셀의 확률이 대역외 제어기(20)에 의하여 여러 파이프 내에 시도되는 경로 검색 수의 함수로서 도시되어 있다. 이러한 분석에 있어서, 그룹 크기는 4개이며, 즉 4개까지의 ATM 셀이 동시에 동일한 링크로의 액세스를 경쟁할 수 있다. 결과적으로, 각 그룹에 관련된 4개의 입력 포트에 대하여 계층 방안을 형성하도록 4개의 상이한 우선 가중치가 할당된다. 특정 입력 포트에 관련된 우선 가중치는 시간의 경과에 따라 변하지 않는 고정된 상수라고 가정된다. 도 9의 결과 도표(901, 902, 903 및 904)는 보다 많은 파이프에서 보다 많은 경로검색이수행될수록 셀 손실 확률은 감소하지만, 예상될 수 있는 바와 같이 더 낮은 우선 가중치(903,904)를 갖는 입력은 더 높은 우선 가중치(901,902)를 갖는 입력보다 더 높은 셀 손실 확률을 갖고 있는 것을 보여준다. 계층 중재 방안 대신에 무작위 선택 중재 방안이 이용되는 경우 서비스되지 않을 확률을 나타내는 유사한 도표(910)가 앞서의 도표들 상에 중첩되어 표시된다. 놀랍고 예상밖에도 경로 검색이 4개의 상이한 파이프에서 시도된 후, 무작위 선택 중재 방안은 계층 중재 방안의 셀 손실 확률의 평균보다 더 높은 셀 손실 확률을 가져온다는 결과가 나타난다. 실제로, 무작위 선택 중재 방안의 도표(910)는 모든 입력 포트에 대하여 계층적 중재 방안에서 심지어 가장 낮은 우선 가중치를 갖는 입력 포트에 대한 평균 셀 손실확률에 대한 도표(903, 및 904)보다도 상당히 높은 평균 셀 손실 확률을 보여준다. 이러한 현상은 3개의 서로 다른 파이프에서 3세트의 경로 검색 이후에 제 4 파이프에 들어가는 ATM 셀 요청의 분배가 무작위 중재 방안이 이용될 것인지 또는 우선 중재 방안이 이용될 것인지 여부에 따라서 매우 다르다는 사실에 의하여 설명될 수 있다. 무작위 선택 중재 방안에 있어서, 모든 ATM 셀이 한 경로를 요구하는 확률이, 작지만 동일한 만큼 있다. 그러나, 계층 중재 방안에 있어서, 더 높은 우선 가중치를 갖는 대부분의 ATM 셀은 실제로 0의 확률로 한 경로를 요구할 것이나, 특정 ATM 셀은 이전의 경로 검색 시도 3번 모두에서 링크에 대한 액세스를 거부당했을 수 있기 때문에, 가장 낮은 우선 가중치를 갖는 ATM 셀은 상당한 확률로 한 경로를 요구할 수 있다. 그러나, 단일 요청에 있어서는 출력 링크에 대한 경쟁이 결코 일어나지 않으므로 단일 요청은 항상 만족될 수 있기 때문에, 제어기 내의 제 4 최종 경로검색에 높은 확률로 도달하는 단일 요청이 낮은 확률로 도달하는 다수의 요청보다 ATM을 더 많이 라우팅되도록 한다.The results of this analysis are summarized in FIG. 9, where the probability of an ATM cell loss, i. E. The probability of a cell not being allocated an available path, is shown as a function of the number of path searches that are attempted in the various pipes by the out- have. In this analysis, the group size is four, that is, up to four ATM cells can simultaneously compete for access to the same link. As a result, four different priority weights are assigned to form a hierarchical scheme for the four input ports associated with each group. The priority weight associated with a particular input port is assumed to be a fixed constant that does not change over time. The results charts 901, 902, 903 and 904 of FIG. 9 show that as more path searches are performed in more pipes, the cell loss probability is reduced, but the inputs with lower priority weights 903 and 904 Has a higher cell loss probability than the input with higher priority weights (901, 902). A similar chart 910 showing the probability of being unserved when a random selection arbitration scheme is used instead of a hierarchical arbitration scheme is overlaid on the preceding charts. Surprisingly and unexpectedly, after path lookups are attempted on four different pipes, the random-selection arbitration scheme results in a higher cell loss probability than the average of the cell loss probability of the hierarchical arbitration scheme. Indeed, the chart of randomized arbitration schemes 910 shows that for all input ports, averages significantly higher than the charts 903 and 904 for the average cell loss probability for the input port even with the lowest priority weighting in the hierarchical arbitration scheme Cell loss probability is shown. This phenomenon is due to the fact that the distribution of ATM cell requests entering the fourth pipe after three sets of route discovery in three different pipes is very different depending on whether a random arbitration scheme will be used or a priority arbitration scheme will be used Lt; / RTI > In the random selection arbitration scheme, there is a small but equally likely probability that all ATM cells require one path. However, in a layered arbitration scheme, most ATM cells with higher priority weights will actually require one path with a probability of zero, but certain ATM cells have been denied access to the link in all three previous path search attempts , An ATM cell with the lowest priority weighting may require one path with a significant probability. However, since a single request can always be satisfied because there is no competition for the output link in a single request, a single request arriving with a high probability of reaching the fourth final path search in the controller is less than a number of requests arriving with a low probability Make ATM more routed.

결과적으로, 입력 포트에 대하여 우선 가중치를 할당하고, 대역외 제어기 내의 링크 회선 경쟁 및 라우팅 경로를 해결하는데 계층적 중재 방법을 이용함으로써, 스위치 구조(14A)의 최악의 셀 손실 확률은 롤링 기법의 도입에 의해 달성되는 2.9x10-15에서 2.4x10-16의 더욱 낮은 값으로 감소될 수 있다는 것이 도 9의 도표로부터 분명해진다. 더 높은 우선 가중치를 할당받은 입력 포트가 도 9에 도시된 바와같이 훨씬 더 낮은 셀 손실 확률을 갖게 된다는 점은 별로 중요하지 않다.As a result, by using a hierarchical arbitration method to assign priority weights to input ports and solve link-line contention and routing paths in the out-of-band controller, the worst cell loss probability of switch structure 14A is the introduction of rolling techniques from 2.9x10 -15 that is achieved by that the same may be reduced to a lower value of 2.4x10 -16 becomes clear from the chart of FIG. It is not so important that the input port to which a higher priority weight is assigned has a much lower cell loss probability as shown in FIG.

다시 도 5를 참조하면, 롤링 및 우선 순위 방법에 대한 물리적 실시예를 제공하기 위해서, ATM 스위치(10A)는 4개의 기본적 서브 시스템으로 분할된다. 이러한 4개의 서브 그룹은 입력 인터페이스(120-12255), 출력 모듈(160-1615), 스위치 구조(14A) 및 대역외 제어기(20)로 이루어져 있다.Referring again to Figure 5, in order to provide a physical embodiment of the rolling and prioritization method, the ATM switch 10A is divided into four basic subsystems. These four subgroups are comprised of input interfaces 12 0 - 12 255 , output modules 16 0 - 16 15 , switch structure 14 A and out-of-band controller 20.

네트워크내의 입력 인터페이스(120-12255)는 인입 송신 링크(incoming transmission link)와 스위치 구조(14A) 및 대역외 제어기(20)에 접속된 링크 사이에 필요한 인터페이스를 제공한다. 결과적으로, 입력 인터페이스(120-12255)는 입력 송신 라인에 종단부(termination)를 제공해야 한다. 예를 들어, 입력 송신 라인이 SONET 링크인 경우, 입력 인터페이스는 클럭 복구(clock recovery), 링크 에러 검출, SONET 포인터 처리 및 프레임 기술(delineation), ATM 셀 추출 및 분배 네트워크 내의 시스템 클럭에 대하여 도달하는 ATM 셀을 동기화시키기는 탄력적 저장 기능을 제공하여야 한다. 추출된 ATM 셀은 입력 인터페이스의 FIFO 버퍼 내에 적재된다. 또한, 입력 인터페이스는 ATM 셀을 FIFO 버퍼에서 판독하여 그 셀로부터 ATM 헤더를 추출하여야 한다. 각각의 ATM 헤더의 VPI/VCI 필드는 입력 인터페이스에 배치된 번역표(translation table)에 대한 어드레스로 이용된다. 번역표의 출력은 새로운 VPI/VCI 필드 및 ATM 셀이 라우팅될 출력 패킷 모듈의 어드레스를 제공한다. 새로운 VPI/VCI 필드는 구(old) VPI/VCI 필드의 대체로서 ATM 셀 내에 기입되지만. 출력 모듈 어드레스는 스위치 구조(14A)에 대한 요청 벡터로서 대역외 제어기(20)로 라우팅된다. 대역외 제어기(20)가 필요로 하는 처리 시간이 고정값이기 때문에, 입력 인터페이스는 대역외 제어기(20)가 경로 검색을 완료하고 그 결과를 스위치 구조(14A)내로 중계(relay)할 때까지 단지 버퍼 내에 ATM 셀을 보유하고 있다. 일단 스위치 구조(14A)가 ATM 셀을 적절하게 라우팅하도록 새로운 스위치 설정으로 적재되면, 입력 인터페이스는 ATM 셀을 스위치 구조(14A)로 주입시킬 수 있고, 이는 스위치 구조(14A)를 통해서 요구된 출력 모듈(160-1615)에 대하여 자동으로 라우팅될 것이다. 각각의 입력 인터페이스(120-12255)는 스위치 구조(14A)의 4개의 파이프(180-183) 각각에 대하여 하나의 링크를 갖추고 있다는 것을 주의해야 한다. 또한, 스위치 구조(14A)내에서 롤링 기법(즉, 시간적 스프레딩 기법)을 이용하는 것은 ATM 셀의 사본이 2개의 연속 ATM 셀 기간 중 임의의 일기간 동안 4개의 링크 각각으로 주입되도록 할 것을 요구할 수 있다. 결과적으로, 입력 인터페이스(120-12255)내의 타이밍은 ATM 스위치(10A)내의 나머지 서브 시스템의 타이밍과 견고하게 결합되고 동기화되어야 한다.The input interfaces (12 0 -12 255 ) in the network provide the necessary interface between the incoming transmission link and the link connected to the switch fabric 14A and the out-of-band controller 20. As a result, the input interface (12 0 -12 255) shall provide a terminal end (termination) on the input transmission line. For example, if the incoming transmit line is a SONET link, the incoming interface may be used for clock recovery, link error detection, SONET pointer handling and delineation, and for system clocks within the ATM cell extraction and distribution network Synchronizing ATM cells should provide a resilient storage function. The extracted ATM cell is loaded into the FIFO buffer of the input interface. In addition, the input interface must read the ATM cell from the FIFO buffer and extract the ATM header from the cell. The VPI / VCI field of each ATM header is used as an address for a translation table placed in the input interface. The output of the translation table provides the new VPI / VCI field and the address of the output packet module to which the ATM cell is to be routed. The new VPI / VCI field is written into the ATM cell as a replacement for the old VPI / VCI field. The output module address is routed to the out-of-band controller 20 as a request vector to the switch fabric 14A. Since the processing time required by the out-of-band controller 20 is a fixed value, the input interface is only used until the out-of-band controller 20 completes the route search and relays the result into the switch structure 14A The ATM cell is held in the buffer. Once the switch fabric 14A is loaded with the new switch configuration to properly route the ATM cell, the input interface can inject the ATM cell into the switch fabric 14A, (16 0 -16 15 ). It should be noted that each of the input interfaces 12 0 - 12 255 has one link for each of the four pipes 18 0 - 18 3 of the switch fabric 14A. In addition, using a rolling scheme (i.e., a temporal spreading scheme) within switch structure 14A may require that a copy of the ATM cell be injected into each of the four links for any one of two consecutive ATM cell periods have. As a result, the timing in the input interface (12 0 -12 255 ) must be tightly coupled and synchronized with the timing of the remaining subsystems in the ATM switch 10A.

도 5의 256개 입력 인터페이스(120-12255) 각각은 0에서 255까지 범위의 어드레스로 넘버링되지만(numbered), 각각의 입력 인터페이스는 또한 A와 P사이의 문자로써 주어지는 에일리어스(alias) 어드레스를 할당받는다. 이러한 에일리어스 어드레스는 입력 인터페이스가 스위치 구조(14A)내의 어떤 입력 포트로 접속될 것인지 식별하는데 이용될 수 있다. 특정한 입력 인터페이스가 접속되는 4개 크로스바 스위치 실제 세트는 이전에 개시된 갈로아체 기법에 의해 결정된다. 이러한 기법은 임의의 파이프의 임의의 16x16 크로스바 스위치 상의 모든 입력들 사이에서 독립성을 보장한다.Each of the 256 input interfaces 12 0 to 12 255 of Figure 5 is numbered to an address ranging from 0 to 255 and each input interface is also an alias given as a character between A and P, Address is assigned. This alias address may be used to identify which input port in the switch fabric 14A the input interface is to be connected to. The actual set of four crossbar switches to which a particular input interface is connected is determined by the previously described Galois field technique. This technique ensures independence between all inputs on any 16x16 crossbar switch of any pipe.

도 5에서 16개의 출력 모듈(160-1615) 각각은 AA에서 PP까지 범위의 어드레스로 이름 붙여지며, 각각의 출력 모들은 ATM 스위치(10A)내에서 중요한 기능을 수행한다. 도 5내의 출력 모듈(160-1615) 각각은 스위치 구조(14A)에서 나오는 64개의 링크 각 세트에 대하여 종단부를 제공한다. 또한, 각각의 출력 모듈(160-1615)은 2가지 기본적인 기능을 제공하는 바, 64개의 입력 중 하나의 입력을 통하여 도달하는 각각의 ATM 셀을 16개의 출력 포트 중 요구된 하나의 포트로 라우팅하도록 소규모의 공간 스위칭(space switching)을 제공하고, 동일한 출력(Out0-Out255)으로 동시에 보내지는 다수 패킷에 관련된 문제점을 처리하기 위하여 ATM 셀 버퍼링을 제공한다.In FIG. 5, each of the sixteen output modules 16 0 -16 15 is labeled with an address ranging from AA to PP, and each output module performs an important function within the ATM switch 10A. Each of the output modules 16 0 -16 15 in FIG. 5 provides termination for a set of 64 links out of the switch fabric 14A. In addition, each of the output modules 16 0 to 16 15 provides two basic functions, and each ATM cell arriving through one of the 64 inputs is connected to one of 16 output ports It provides small space switching for routing and provides ATM cell buffering to address the problems associated with multiple packets being sent simultaneously to the same output (Out 0 - Out 255 ).

이러한 2가지 기능이 구현될 수 있는 여러 가지 방법이 있다. 대부분의 직접적 방법은 대개 ATM 셀 기간(176 nsec) 내에 64개의 메모리 기록과 16개의 메모리 판독을 할 수 있는 공유 메모리 스위치를 구성할 것이다. 이 때, 메모리는 유휴 메모리 위치를 포함하는 17번째 연결 리스트와 함께 16개의 디스조인트(disjoint) 연결 리스트(각 출력(Out0-Out255) 마다 하나의 리스트)로서 처리될 수 있다. 간단할지라도, 이러한 방식은 매 176 nsec 마다 8회의 메모리 액세스를 하므로, 2.2 nsec의 액세스 시간을 갖는 메모리를 요구할 것이다. 또 다른 방법은 64x16 출력 모듈(160-1615) 각각을 64x16 집중 장치 및 16x16 공유 메모리 스위치로 분할하는 것이다. 집중 장치는 ATM 셀 기간마다 64개의 메모리 기입과 16개의 메모리 판독을 제공하는 메모리 시스템일 수 있으나, 이러한 메모리에는 출력 회선 경쟁 문제점으로 인하여 요구되는 버퍼링이 제공되지 않기 때문에 그 메모리 속도가 낮을 수 있다(또한 메모리 속도는 고속일 수 있다). 또한, 64x16 집중 장치는 64개의 별도 메모리 칩에 걸쳐서 펼쳐져 있는 단일 연결 리스트로 구현될 수 있다. 결과적으로, 각 메모리 칩은 매 ATM 셀 기간마다 오직 한번의 기록과 16번의 판독을 요구할 것이다. 16×16 공유 메모리 스위치는 매 ATM 셀 기간마다 32회의 메모리 액세스만을 수행하므로, 저속(및 대규모) 메모리가 이용될 수 있고, 출력 회선 경쟁 문제점에 대비한 버퍼링이 출력 모듈의 이러한 공유 메모리 부분에 제공될 수 있다. 그러므로, 이러한 마지막 장치는 출력 모듈에 대한 보다 실용적인 또 다른 장치이다.There are several ways in which these two functions can be implemented. Most direct methods will usually configure a shared memory switch capable of reading 64 memories and 16 memories in the ATM cell period (176 nsec). At this time, the memory may be processed as a disjoint connection list (one list for each output (Out 0 -Out 255 )) along with a seventeenth connection list containing the idle memory locations. Although simple, this approach will require eight memory accesses every 176 nsec, thus requiring a memory with an access time of 2.2 nsec. Another way is to divide each 64x16 output module (16 0 -16 15 ) into a 64x16 concentrator and a 16x16 shared memory switch. A concentrator may be a memory system that provides 64 memory writes and 16 memory reads per ATM cell period, but the memory speed may be low because these memories do not provide the required buffering due to output line contention problems And the memory speed may be high). In addition, a 64x16 concentrator can be implemented as a single linked list spread across 64 separate memory chips. As a result, each memory chip will require only one write and 16 reads per ATM cell period. Since a 16x16 shared memory switch only performs 32 memory accesses per ATM cell period, low-speed (and large) memory can be used, and buffering for the output line contention problem is provided in this shared memory portion of the output module . Therefore, this last device is another more practical device for the output module.

스위치 구조(14A)는 본질적으로 대역외 제어기(20)에 의해 발생된 제어 신호에 응답하여 요구된 접속을 입력 인터페이스와 출력 모듈 사이에 제공하는 소형 회로 스위치 그룹이다. 도 5에 도시된 ATM 스위치(10A)의 실시예에 있어서, 스위치 구조(14A)는 64개의 16x16 크로스바 스위치로 이루어져 있는데, 16개 스위치의 디스조인트(disjoint) 그룹은 하나의 파이프를 구성한다. 4개 파이프에는 파이프(180), 파이프(181), 파이프(182) 및 파이프(183)의 이름이 붙여져 있고, 소정 파이프 내의 16개 16x16 크로스바 스위치에는 스위치(0-15)의 이름이 붙여져 있다. 크로스바 스위치는 대역외 제어기(20)에 의해 발생된 제어 신호를 수신할 수 있어야 하고, 연속 ATM 셀 사이의 가드 밴드(guard-band) 기간 동안 모든 스위치 설정을 재구성하여야 한다. 각각의 16x16 크로스바 스위치는 입력(A)으로부터 입력(P)까지 이름 붙여진 16개의 입력을 지원하고, 각각의 16x16 크로스바 스위치는 또한 출력(AA)으로부터 출력(PP)까지 이름 붙여진 16개의 출력을 지원한다. 각각의 입력 인터페이스는 4개의 파이프(180-183) 각각의 내부에 있는 상이한 16x16 크로스바 스위치에 접속한다는 점은 이미 지적되었으나, 파이프(180)내에서 입력(X)(X는 집합 {A, B,...,P}의 원소)에 접속하는 입력 인터페이스는 다른 3개의 파이프(181-183)내에서도 입력(X)에 접속될 것이 요구된다는 점에 주의해야 한다. 스위치 구조(14A)내의 입력 인터페이스(120-12255)와 크로스바 스위치 사이의 실제 접속은 전술한 갈로아체 이론 기법을 이용하여 결정된다. 이러한 기법은 스위치 구조(14A)의 각 파이프의 스위치 내에 라우팅하기 위한 입력 포트들 사이의 독립성을 보장한다. 또한, 도 5는 64개의 크로스바 스위치 각각으로부터의 출력(YY)이 YY(YY는 집합{AA, BB, ..., PP}의 원소)라고 이름 붙여진 64x16 출력 모듈에 대한 64개의 입력들 중 하나로 라우팅되는 것을 도시하고 있다.The switch structure 14A is essentially a small circuit switch group that provides the required connection between the input interface and the output module in response to a control signal generated by the out-of-band controller 20. [ In the embodiment of the ATM switch 10A shown in Fig. 5, the switch structure 14A is made up of 64 16x16 crossbar switches, the disjoint group of 16 switches constituting one pipe. The four pipes are named pipe 18 0 , pipe 18 1 , pipe 18 2 and pipe 18 3 and the 16 16x16 crossbar switches in a given pipe have the names of switches 0-15 Respectively. The crossbar switch should be able to receive the control signal generated by the out-of-band controller 20 and reconfigure all switch settings during the guard-band period between consecutive ATM cells. Each 16x16 crossbar switch supports 16 inputs named from input (A) to input (P), and each 16x16 crossbar switch also supports 16 outputs, labeled from output (AA) to output (PP) . Each of the input interface comprises four pipes (18 0 -18 3), but that the connection to a different 16x16 crossbar switch in each of the inside is already pointed out, the pipe (18, 0) in the input (X) (X is the set {A , B, ..., P) is required to be connected to the input X in the other three pipes 18 1 - 18 3 as well. An input interface in the switch structure (14A) (12 0 -12 255 ) and the actual connection between the crossbar switch is determined using the aforementioned Galois field theory techniques. This technique ensures independence between the input ports for routing within the switches of each pipe of switch structure 14A. 5 also shows one of the 64 inputs for a 64x16 output module labeled YY (YY is the element of set {AA, BB, ..., PP}) from each of the 64 crossbar switches Lt; / RTI >

스위치 구조(14A)를 위한 대역외 제어기(20)의 기본적인 기능은 4개의 파이프(180-183) 중 어떤 파이프를 통해 특정한 ATM 셀이 라우팅될 수 있는지를 결정하는 것이다. 일단 대역외 제어기(20)가 ATM 셀이 블로킹되지 않고서 라우팅되는 파이프를 성공적으로 결정하면, 그 파이프를 통하여 경로를 설정하는 임무는 간단한 일이 되는데, 이는 파이프의 정의에 의해서 그 파이프 내에서는 도착하는 ATM 셀의 입력 포트와 요구되는 출력 모듈 사이에 오직 하나의 경로만이 존재할 수 있기 때문이다. 결과적으로, 스위칭 네트워크의 기본적인 경로 검색 작업은 실제적으로 ATM 스위치(10A)내의 보다 간단한 파이프 검색 작업으로 축소된다.The basic function of the out-of-band controller 20 for the switch structure 14A is to determine which of the four pipes 18 0 - 18 3 a particular ATM cell can be routed through. Once the out-of-band controller 20 successfully determines the pipe to be routed without the ATM cell being blocked, the task of setting the path through that pipe is a simple matter, Since there can be only one path between the input port of the ATM cell and the required output module. As a result, the basic route search operation of the switching network is actually reduced to a simpler pipe search operation in the ATM switch 10A.

대역의 제어기(20)는 스위치 구조(14A)의 16x16 크로스바 스위치와 출력 모듈(160-1615) 사이의 각각의 중간(FN) 링크에 대한 상태를 통화중이며 이용 불가능한 상태 또는 통화정지이며 이용 가능한 상태로서 인식하도록 하는 대규모의 통화중/통화정지 표를 필요로 한다. 그러나, 이러한 대형 통화중/통화정지 표는 제어기(20)가 병렬로 액세스할 수 있는 소규모 통화중/통화정지 표로 세분되어 이로써 많은 파이프 검색 동작을 병렬로 수행할 수 있다. 일반적인 성장가능 패킷 스위치 아키텍처를 갖는 대규모 스위치를 위한 제어기(20)를 구현하는 데에는 여러 가지 방법이 있다. 극단적인 경우에, 4레벨의 병렬성(parallelism)이 파이프 검색을 수행하는 제어기(20)의 아키텍처에 적용될 수 있다. 먼저 3레벨의 병렬성을 이용하는 일실시예에 대해 상세하게 설명하고, 그런 다음 제 4레벨의 병렬성에 대해 논의할 것이다.The controller 20 of the band is 16x16 crossbar switches and the output modules (16 0 -16 15) the intermediate (FN) links the still state jungyimyeo call unavailable state or a call for each of between the switch fabric (14A) is available / RTI >< RTI ID = 0.0 > calls / out-of-call < / RTI > However, such a large busy / busy stop table can be subdivided into small / busy stalls that the controller 20 can access in parallel so that many pipe searching operations can be performed in parallel. There are many ways to implement the controller 20 for a large scale switch with a general growable packet switch architecture. In extreme cases, four levels of parallelism may be applied to the architecture of the controller 20 to perform pipe searches. One embodiment will first be described in detail using three levels of parallelism, and then the fourth level of parallelism will be discussed.

제 1 레벨의 병렬성은 4개의 파이프(180-183) 각각에 대하여 각각의 파이프 검색 제어기(240-243)를 제공함으로써 얻어진다. 이러한 레벨의 병렬성은 파이프 검색이 4개의 파이프 검색 제어기(240-243) 전체에서 동시에 수행되도록 한다. 제 2 레벨의 병렬성은 스위치 제어기(260-2663)를 제공함으로써 얻어질 수 있는데, 각각의 파이프 검색 제어기(240-243)내에 16개씩의 스위치 제어기가 있다. 고유 스위치 제어기(260-2663)는 스위치 구조(14A)의 각 파이프 내에 있는 각각의 16x16 스위치에 각각 관련된다. 결과적으로, 파이프 검색 동작은 각각의 파이프 검색 제어기(240-243)의 전체 16개 스위치 제어기 내에서 병렬로 수행될 수 있다. 제 3 레벨의 병렬성은 각각의 스위치 제어기(260-2663)로 하여금 각각의 16x16 크로스바 스위치에 부착된 전체 16개의 출력 링크에 대하여 병렬 처리를 수행하도록 함으로써 얻어진다. 바람직하게, 각각의 스위치 제어기(260-2663)는 16개의 통화중/통화정지 비트를 통화중/통화정지 메모리에서 병렬로 판독하고, 이들 16 비트에 기초하여 병렬 파이프 검색 동작을 수행한 다음, 그 16개의 결과적 통화중/통화정지 비트를 각각의 통화중/통화정지 메모리에 대하여 다른 통화중/통화정지 메모리와 함께 병렬로 기입한다. 64개의 스위치 제어기(260-2623)의 대표 스위치 제어기(260)가 도 10에 도시되어 있다. 16개의 통화중/통화정지 비트의 동시 처리는 스위치 제어기(260)에 16개의 고유 링크 제어기(AA-PP)를 제공함으로써 달성되고, 각각의 링크 제어기(AA-PP)에는 스위치 구조(14A)의 부분과 각각의 출력 모듈 사이에서 중간 링크의 통화중/통화정지 비트를 처리하는 임무가 할당된다. 도 10에 도시된 실시예에 있어서, 스위치(10A)를 제어하는데 필요한 대규모 통화중/통화정지 메모리는 다수의 단일 비트 메모리, 통화중/통화정지 플립-플롭으로 분할되는데, 각각 단일 비트를 갖는 통화중/통화정지 메모리는 각각의 링크 제어기(AA-PP)에 논리적 및 물리적으로 관련된다.The first level of parallelism is obtained by providing respective pipe search controllers 24 0 - 24 3 for each of the four pipes 18 0 - 18 3 . This level of parallelism allows pipe searches to be performed simultaneously across all four pipe search controllers 24 0 - 24 3 . The second level of parallelism can be obtained by providing switch controllers 26 0 -26 63 , where there are 16 switch controllers in each of the pipe search controllers 24 0 - 24 3 . The unique switch controllers 26 0 -263 63 are associated with respective 16x16 switches within each pipe of switch structure 14A. As a result, the pipe search operation can be performed in parallel within a total of 16 switch controllers of each pipe search controller 24 0 - 24 3 . The third level of parallelism is obtained by causing each switch controller 26 0 -26 63 to perform parallel processing on a total of 16 output links attached to each 16x16 crossbar switch. Preferably, each switch controller (26 0 -26 63 ) reads in parallel the 16 call / call stop bits from the busy / call stop memory, performs a parallel pipe search operation based on these 16 bits , And writes the 16 resultant call / call stop bits in parallel with the other call / stop memory for each call / call stop memory. A representative switch controller (26 0) of the switch controller 64 (26 0 -26 23) is shown in FIG. Simultaneous processing of the 16 call / talk stop bits is achieved by providing 16 unique link controllers (AA-PP) to the switch controller 26 0 , and each link controller (AA-PP) / RTI > of the intermediate link between the portion of the intermediate link and the respective output module. In the embodiment shown in FIG. 10, the large busy / call pause memory required to control the switch 10A is divided into a number of single bit memories, talk / call stop flip-flops, The medium / busy memory is logically and physically related to each link controller (AA-PP).

입력 인터페이스(120-12255)에 의해 발생된 요청 벡터에 대한 일반적인 데이터 흐름이 도 5에 도시되어 있다. 예를 들어, 도 5의 입력 인터페이스(120)는 접속(210)을 경유하여 요청 벡터를 파이프 검색 제어기(200)로 라우팅하고 파이프 검색 제어기에서 파이프 검색 링(즉, 제어기(20))으로 포크되도록(poked) 하며, 롤링 방안은 요청 벡터가 링을 따라 회전하는 것처럼 파이프 검색 제어기(241), 파이프 검색 제어기(242) 및 파이프 검색 제어기(243)를 통해 순환될 것을 요구한다. 일반적으로, 각각의 입력 인터페이스(120-12255)는 하나의 요청 벡터를 생성하고, 각각의 요청 벡터는 시스템 내의 출력 모듈의 수와 동일한 다수의 비트를 포함할 것이다. 그러므로, 도 5의 단일 입력 인터페이스로부터의 요청 벡터는 16 비트 데이터워드인데, 요청 벡터의 각 벡터는 16개의 출력 모듈 중 하나의 모듈을 지정한다. 입력 인터페이스 내의 ATM 셀이 i번째 출력 모듈 상의 출력 포트에 대한 접속을 요구한다면, 요청 벡터 내의 비트 i는 논리 "1"로 설정되고, 그 외의 요청 벡터 내 다른 모든 비트는 논리 "0"으로 설정될 것이다. 제어기(20)가 이러한 특정 요청 벡터를 입력 인터페이스로부터 수신할 때, 소스 입력 인터페이스와 i번째 출력 모듈 사이에서 경로가 요구된다는 것을 인식할 수 있다.A typical data flow for the request vector generated by the input interface (12 0 - 12 255 ) is shown in FIG. For example, Figure 5 an input interface (12, 0) is connected (21, 0) to route the request vector to pipe search controller (20 0), and the pipe searching ring (i.e., controller 20) in the pipe search controller via the And the rolling plan requires that the request vector be cycled through the pipe search controller 24 1 , the pipe search controller 24 2 and the pipe search controller 24 3 as it rotates along the ring . In general, each input interface 12 0 - 12 255 generates a request vector, and each request vector will contain a number of bits equal to the number of output modules in the system. Therefore, the request vector from the single input interface of FIG. 5 is a 16-bit data word, where each vector of the request vector specifies one of 16 output modules. If an ATM cell in the input interface requires a connection to the output port on the i-th output module, then bit i in the request vector is set to logic "1" and all other bits in the other request vector are set to logic "0" will be. When the controller 20 receives this particular request vector from the input interface, it can recognize that a path is required between the source input interface and the i-th output module.

입력 인터페이스로부터의 전체 16 비트 요청 벡터는 각각의 제어 접속부(210-21255)를 경유하여 4개의 파이프 검색 제어기(240-243)로 라우팅되고, 제어기(20)는 그 특정한 파이프 검색 제어기에 관련된 16개의 스위치 제어기들 중 하나의 제어기로 그 벡터를 포크한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 16 비트의 요청 벡터는 스위치 제어기내로 주입되고, 그 특정 스위치 제어기 내의 전체 16개의 링크 제어기에 대하여 분배된다. 각각의 링크 제어기는 크로스바 스위치와 출력 모듈 사이의 단일 링크에 관련되고, 실제적으로 16 비트 요청 벡터 중 1 비트를 처리한다. 단일 링크 제어기에 관련된 유한 상태 머신(finite state machine) 회로는 하나의 플립-플롭(이 링크 제어기의 링크에 관련된 통화중/통화정지 비트를 저장하는데 요구되는 단일 비트 메모리) 및 4개의 논리 게이트로 구성된다. 링크 제어기 동작을 설명하는 상태 표가 도 12에서 도시되며, 상태 변수는 통화중/통화정지 비트로써 정해진다. 링크 제어기 하드웨어는 입력 요청(request-in)으로 표시된 하나의 요청 벡터 입력 비트, 출력 요청(request-out)으로 표시된 하나의 요청 벡터 출력 비트및 접속으로 표시된 하나의 접속 벡터 출력 비트를 제공한다. 요청 벡터 입력 비트는 입력이 이러한 링크 제어기에 관련된 링크를 통한 접속을 요구하는 경우 논리 "1"이고, 그렇지 않은 경우 이것은 논리 "0"이다. 요청 벡터 출력 비트는 논리 "1" 입력 요청 벡터 비트가 이 특정 링크 제어기에 의해 만족되지 않은 경우 논리 "1"이고, 그렇지 않은 경우 논리 "0"이다. 접속 벡터 출력 비트는 이 특정 링크 제어기에 의하여 논리 "1" 입력 요청 벡터 비트가 만족되는 경우 논리 "1"이며(이는 ATM 셀이 이러한 링크 제어기에 관련된 링크를 통하여 요구되는 출력 모듈로 라우팅될 수 있음을 나타냄), 그렇지 않은 경우 논리 "0"이다. 도 10의 통화중/통화 정지 플립-플롭은 각각의 ATM 셀 슬롯의 개시시에 논리 "0"(정지)상태로 재설정되므로, 논리 "1" 요청을 갖는 링크 제어기에 제공되는 제 1 요청 벡터 비트가 그 링크에 할당되고(논리 "1" 접속 벡터 비트 및 논리 "0" 출력 요청 벡터 비트를 발생), 통화중/통화정지 플립-플롭을 논리 "1"(통화중) 상태로 설정한다. 이러한 특정 ATM 셀 슬롯 동안 링크 제어기에 제공되는 임의의 후속 요청 벡터 비트는 이 링크를 통한 접속이 거부될 것이다(접속 벡터 비트가 논리 "0" 출력이 되도록 하고, 입력 요청 벡터 비트와 동일한 출력 요청 벡터 비트를 생성함). 단일 스위치 제어기를 통과하는 다수의 연속 16 비트 '모노캐스트(monocast)' 요청 벡터의 시간 경과에 따른 뷰(time-lapsed view)가 그 스위치 제어기내에 저장된 통화중/통화정지 비트의 결과적 상태와 함께 도 13에 도시되어 있다. 결과적 출력 요청 벡터 및 출력 접속 벡터가 각각의 파이프 검색 제어기(240-243)의 일반적 동작을 설명한다.The entire 16 bit request vector from the input interface is routed to the four pipe search controllers 24 0 through 24 3 via respective control connections 21 0 through 21 255 and the controller 20 sends Forks the vector to one of the 16 switch controllers associated with the switch. As shown in Fig. 10, a 16-bit request vector is injected into the switch controller and distributed to all 16 link controllers in that particular switch controller. Each link controller is associated with a single link between the crossbar switch and the output module, and actually processes one bit of the 16-bit request vector. A finite state machine circuit associated with a single link controller comprises a single flip-flop (a single bit memory required to store the busy / call stop bits associated with the link of this link controller) and four logic gates do. A state table describing the link controller operation is shown in FIG. 12, where the state variable is defined as busy / call stop bits. The link controller hardware provides one request vector input bit, indicated as request-in, one request vector output bit, indicated as request-out, and one connection vector output bit, indicated as a connection. The request vector input bit is a logical " 1 " if the input requires a connection via a link associated with this link controller, otherwise it is a logical " 0 ". The request vector output bit is a logical " 1 " if the logical " 1 " input request vector bit is not satisfied by this particular link controller, and a logical " 0 " The connection vector output bit is a logical " 1 " if the logical " 1 " input request vector bit is satisfied by this particular link controller (which allows the ATM cell to be routed through the link associated with this link controller to the required output module , Otherwise it is a logic " 0 ". 10 is reset to a logical " 0 " (stop) state at the beginning of each ATM cell slot, the first request vector bit, which is provided to the link controller with a logical " (The logical " 1 " connection vector bit and the logical " 0 " output request vector bit) to the logical " 1 " (busy) state during busy / call stop flip-flop. Any subsequent request vector bits provided to the link controller during this particular ATM cell slot will be denied access over this link (such that the connection vector bit is a logical " 0 " output and the same output request vector Bit). A time-lapsed view of a number of contiguous 16-bit 'monocast' request vectors passing through a single switch controller, along with the resulting state of busy / call stop bits stored in the switch controller 13. The resulting output request vector and output connection vector describe the general operation of each pipe search controller 24 0 - 24 3 .

제어기(20) 내에서 롤링 기법을 이용하는 것은 2가지 기본적인 사건, 즉 포킹(poking)과 통화중/통화정지 플립-플롭 소거에 관한 매우 정확한 시간적 순위를 요청한다. 도 13의 타이밍도는 제어기(20)내에서 논리를 위하여 이용될 수 있는 데이터 흐름의 동기화를 설명한다. 타이밍도에 의하여 표시된 바와 같이, 제어기(20)의 링을 따르는 데이터 흐름은 파이프 제어기(240)에서 시작하여 파이프 제어기(241), 파이프 제어기(242), 파이프 제어기(243)를 거쳐 다시 파이프 제어기(240)로 흐른다. 에일리어스 어드레스(A, B, C, D)를 갖는 입력 인터페이스에 의해 발생된 요청 벡터는 파이프 제어기(240)로 포크된다. 에일리어스 어드레스(I, J, K, L)를 갖는 입력 인터페이스에 의해 발생된 요청 벡터는 파이프 제어기(242)로 포크된다. 에일리어스 어드레스(M, N, O, P)를 갖는 입력 인터페이스에 의해 발생된 요청 벡터는 파이프 제어기(243)로 포크된다. 포킹 시간 및 통화중/통화정지 비트 소거 시간은 각각의 파이프 검색 제어기(240-243) 내에서 서로 다른 순간에 발생한다. 임의의 파이프 제어기 관점에서, 요청 벡터 비트는 통화중/통화정지 비트 소거 시간을 무시할 경우 파이프 제어기를 통해 알파벳 순(A에서 P까지)으로 흐른다. 에일리어스 어드레스(A)를 갖는 입력 인터페이스에서 발생되는 요청 벡터가 에일리어스 어드레스(B, C, D 등)를 갖는 입력 인터페이스에서 발생된 요청 벡터보다 항상 선행될 것이기 때문에 이러한 순위는 전술된 바람직한 장점들이 제어기(20)내에서 실현될 수 있다는 것을 보장한다.Using the rolling technique within the controller 20 requires a very precise temporal ranking for two basic events: poking and busy / flip-flop flip-flops. The timing diagram of Figure 13 illustrates the synchronization of data flows that may be used for logic within the controller 20. [ As indicated by the timing diagrams, the data flow along the ring of the controller 20 begins at the pipe controller 240, passes through the pipe controller 24 1 , the pipe controller 24 2 , the pipe controller 24 3 again And flows to the pipe controller 24 0 . The request vector generated by the input interface having the alias addresses A, B, C, D is forked to the pipe controller 24 0 . The request vector generated by the input interface with the alias address (I, J, K, L) is forked to the pipe controller 24 2 . The request vector generated by the input interface having the alias address (M, N, O, P) is forked to the pipe controller 24 3 . Foaming time and busy / call stop bit clear times occur at different times within each pipe search controller 24 0 - 24 3 . From any pipe controller point of view, the request vector bit flows alphabetically (A to P) through the pipe controller when ignoring busy / call stop bit clear time. Since the request vector generated at the input interface with the alias address A will always precede the request vector generated at the input interface with the alias address (B, C, D, etc.) Thereby ensuring that the advantages can be realized within the controller 20.

특정 16x16 크로스바 스위치의 입력들 사이에 주어지는 독립성으로 유발된 이점은 파이프 검색 회로의 복잡성을 약간 증가하게 하는 것이다. 갈로아체 이론을 이용함으로써 독립성이 보장되는 입력 인터페이스와 스위치 구조(14A) 사이의 독립 접속때문에, 단일 입력 인터페이스로부터의 요청 벡터는 파이프 검색 링내의 각 단에서 몇 개의 상이한 스위치 제어기로 적절히 라우팅되어야만 한다. 갈로아체 이론으로 발생된 접속의 혼합 특성(mixing nature)은 각각의 입력 인터페이스(120-12255)가 스위치 구조(14A)내의 16x16 크로스바 스위치의 상이한 세트에 접속될 것을 요구하므로, 결과로서, 또한 서로 다른 입력 인터페이스 상에 발생된 요청 벡터가 제어기(20)내의 스위치 제어기의 상이한 세트 전체를 통하여 라우팅될 것을 요구한다. 요청 벡터가 제어기(20)내의 링크상에서 타임 멀티플렉싱되기 때문에, 하나의 파이프 검색단 내의 특정 스위치 제어기로부터 나오는 모든 요청 벡터(특정한 ATM 셀 슬롯 내)는 다음 파이프 검색단 내의 상이한 스위치 제어기로 라우팅되어야 한다(정의에 의하여). 요청 벡터의 이러한 동적 라우팅을 제공하기 위해, 각각의 파이프 검색 제어기(240, 241, 242및 243)는 도 5에 도시된 소규모 스위칭 네트워크(300, 301, 302및 303) 각각에 접속된다. 이와 달리, 스위칭 네트워크(300, 301, 302, 303) 대신에 간단한 멀티플렉서가 이용될 수 있으며, 이로써 제어기(20)에 소요되는 비용을 크게 절감할 수 있다. 다행히, 이러한 소규모 스위칭 네트워크(300, 301, 302, 303)(또는 멀티플렉서)의 바람직한 구조는 ATM 셀 주기와동일한 주기로 순환하는 구조이며, 그 바람직한 구조는 우선 순위가 결정되어 제어기(20)의 회로 설계 동안 소규모 스위칭 네트워크(멀티플렉서)로 "하드 코드(hard-code)"될 수 있다.The advantage caused by the independence given between the inputs of a particular 16x16 crossbar switch is to slightly increase the complexity of the pipe search circuit. Due to the independent connection between the independent input interface and switch structure 14A using the Galois field theory, the request vector from a single input interface must be routed appropriately to several different switch controllers at each end of the pipe search ring. Mixing in the Galois field theory generated connections (mixing nature) is required to be so connected to a different set of 16x16 crossbar switches within the switch fabric (14A) each of the input interface (12 0 -12 255), as a result, and Require that the request vectors generated on different input interfaces be routed through a different set of switch controllers in the controller 20. Since the request vector is time multiplexed on the link within the controller 20, all request vectors (in a particular ATM cell slot) coming from a particular switch controller in one pipe search term should be routed to a different switch controller in the next pipe search stage By definition). Each of the pipe search controllers 24 0 , 24 1 , 24 2 and 24 3 is connected to the small-scale switching networks 30 0 , 30 1 , 30 2 and 30 3 shown in FIG. 5 to provide this dynamic routing of the request vector. Respectively. Alternatively, a simple multiplexer may be used in place of the switching networks 30 0 , 30 1 , 30 2 , and 30 3 , thereby greatly reducing the cost of the controller 20. Fortunately, the preferred structure of these small switching networks 30 0 , 30 1 , 30 2 , and 30 3 (or multiplexers) is a structure that cycles back to the same period as the ATM cell period, Quot; hard-code " to a small-scale switching network (multiplexer) during the circuit design of the circuit.

전술한 바와 같이, 도 5에 도시된 ATM 스위치(10A)는 입력 라인의 수가 512, 1024 또는 그 보다 더 큰 수로 확장될 수 있다. 이러한 크기의 스위치에 있어서, 입력 라인이 2.5 gigabit/sec의 데이터 전송 속도로 운반하고 있다고 가정하면, 전체 처리량은 1.0 terabit/sec 이상일 것이다. 이러한 크기의 스위치에 있어서, 제어기(20)가 모든 파이프를 통한 모든 경로를 검색할 수 있게 충분한 처리 파워를 제공하도록 제 4 레벨의 병렬성이 필요로 될 수 있다. 512 및 1024개의 입력 라인을 갖는 ATM 스위치에 있어서, 각각의 제어기 내의 와이어에서의 데이터 전송 속도는 ATM 스위치(14A)의 256 입력 라인 버전(version)의 113 megabit/sec 전송 속도 보다 상당히 높은 204 megabit/sec 및 386 megabit/sec이다.As described above, the ATM switch 10A shown in Fig. 5 can be extended to a number of input lines of 512, 1024 or even larger. For a switch of this size, assuming that the input line carries a data rate of 2.5 gigabit / sec, the total throughput will be 1.0 terabit / sec or more. For switches of this size, a fourth level of parallelism may be needed to provide sufficient processing power to allow controller 20 to search all paths through all the pipes. For an ATM switch with 512 and 1024 input lines, the data transfer rate on the wire in each controller is 204 megabit / sec, which is significantly higher than the 113 megabit / sec transfer rate of the 256 input line version of ATM switch 14A. sec and 386 megabit / sec.

제 4 레벨의 병렬성을 뒷받침하는 기본적인 개념은 전술한 제어기(20)의 설계를 변형하여 요청 벡터가 파이프 검색단을 통해 병렬로 라우팅될 것을 요구하는 것이다. 특히, 특정 파이프로 포크되는 모든 요청 벡터는 파이프 검색단을 통해 함께 라우팅되고, 이러한 요청 벡터는 포크 그룹을 형성한다고 말해진다. 도 5에 도시된 실시예에 있어서, 제어기(20)의 설계를 위한 이러한 방법은 16비트 요청 벡터의 4개 포크 그룹을 발생시키므로, 각각의 포크 그룹은 64 비트를 포함한다. 4개의 포크 그룹은 요청 벡터상의 4개의 에일리어스 명칭을 연결하여 명칭 붙여질 수 있다. 결과적으로, 도 5의 재설계된 파이프 검색기의 포크 그룹 4개는 ABCD, EFGH,IJKL 및 MNOP이다. 단일의 64 비트 ABCD 포크 그룹이 도 5의 파이프 제어기에서 스위치 제어기들 중 하나를 통해 라우팅되는 때마다, 64 비트 ABCD 포크 그룹은 파이프 제어기(240)내의 다른 15개의 스위치 제어기 각각을 통해서도 라우팅된다는 점을 주의하는 것이 중요하다. 결과적으로, 16개의 ABCD 포크 그룹에 관련된 총 1024개의 요청 벡터 비트가 단일 시점에 파이프(180)를 통해 라우팅된다. 변형된 제어기(20)는 매 8 클럭 사이클마다 전체 N개의 입력 포트에 대한 요청 벡터를 처리하고(전체 4개의 파이프 검색 제어기(240-243)를 통과시킴으로써), 이러한 작업은 단일 176 nsec의 ATM 셀 기간 내에 완료되어야 하기 때문에, 제어기(20) 내의 요구되는 클럭 속도는 NxN ATM 스위치의 크기(전체 처리량)와 무관하게 46 megabit/sec이다. 결과적으로, 제어기(20)가 8개의 처리 단계(네트워크 크기에 관계없이)를 수행해야 하기 때문에, 처리를 0(1)의 경로 검색 알고리즘이라고 말한다. 도 5의 N=256 입력 ATM 스위치(10A)에 대한 0(1) 경로 검색 알고리즘의 실행동안, 동등한 16,384 링크 제어기 경로 검색 및 16,384 링크 제어기 경로 검색 체크가 매 176 nsec마다 수행되므로, 각각의 경로 검색이 명령어 실행이라고 간주되고, 각각의 경로 검색 검사가 명령어 실행이라고 간주되면, 제어기(20)는 초당 186 giga 명령어의 처리 속도를 지원할 수 있는 병렬 프로세서라고 할 수 있다. 제어기(20)(크기와 관계없이)의 적절한 전송 속도를 유지하기 위한 트레이드 오프(trade-off)는 링크 제어기의 논리 복잡도 증가와 크기가 증가함에 따라 제어기의 연속단 사이를 통과하는 신호 접속의 증가이다. 전체 처리량이 1 terabit/sec를 초과하는 ATM 스위치의 설계는 4096 및 32,768 사이의 신호가(46 megabit/sec) 연속 파이프 제어기 단들 사이에서 라우팅될 것을 요구할 것이다.The basic idea behind the fourth level of parallelism is to modify the design of the controller 20 described above to require that the request vector be routed in parallel through the pipe search end. In particular, all request vectors forked to a particular pipe are routed together through a pipe search stage, which is said to form a fork group. In the embodiment shown in FIG. 5, this method for designing the controller 20 generates four groups of forks of a 16-bit request vector, so each fork group contains 64 bits. The four fork groups can be named by concatenating the four alias names on the request vector. As a result, the four fork groups of the redesigned pipe browser of FIG. 5 are ABCD, EFGH, IJKL, and MNOP. Each time a single 64-bit ABCD fork group is routed through one of the switch controllers in the pipe controller of FIG. 5, the 64-bit ABCD fork group is also routed through each of the other fifteen switch controllers in the pipe controller 240 It is important to note. As a result, a total of 1024 request vector bits associated with 16 ABCD fork groups are routed through the pipe 18 0 at a single point in time. The modified controller 20 processes the request vector for all N input ports every eight clock cycles (by passing through all four pipe search controllers 24 0 - 24 3 ), and this operation is a single 176 nsec The required clock rate in the controller 20 is 46 megabits per second, regardless of the size (overall throughput) of the NxN ATM switch. As a result, since the controller 20 has to perform eight processing steps (irrespective of the network size), the processing is referred to as a route search algorithm of 0 (1). During the execution of the 0 (1) path search algorithm for the N = 256 input ATM switch 10A of FIG. 5, an equivalent 16,384 link controller path search and a 16,384 link controller path search check are performed every 176 nsec, Controller 20 is considered to be a parallel processor capable of supporting a processing speed of 186 giga instructions per second if it is considered that this instruction is executed and each path search check is regarded as instruction execution. The trade-off to maintain the proper transmission rate of the controller 20 (regardless of size) is to increase the logic complexity of the link controller and increase the signal connection through the continuous stages of the controller as the size increases to be. The design of an ATM switch with an overall throughput greater than 1 terabit / sec will require that signals between 4096 and 32,768 (46 megabit / sec) be routed between consecutive pipe controller stages.

파이프 제어기 단들 사이의 신호의 수를 증가시키는 것에 더하여, 제어기(20) 내의 병렬성 이용은 각각의 링크 제어기에 대한 하드웨어 요건을 약간 증가시킬 것을 요구하는데, 이는 각각의 링크 제어기가 포크 그룹 내의 4개 비트에 대한 병렬 경로 검색을 지원하여야 하기 때문이다. 제 4 레벨의 병렬성에 의해 제어기(20)에 추가된 가외 하드웨어는 처리 속도를 낮춤으로써 상쇄된다.In addition to increasing the number of signals between the pipe controller stages, the use of parallelism in the controller 20 requires slightly increasing the hardware requirements for each link controller, since each link controller has four bits in the fork group Because it must support parallel path search for The extra hardware added to the controller 20 by the fourth level of parallelism is canceled by lowering the processing speed.

멀티캐스팅 동작Multicasting operation

출력 패킷 모듈은 이들 내의 기능으로 인해 분배 네트워크 및 분배 제어기에 대하여 거의 등가의 복잡도를 갖고 있다. 예를 들어, 각각의 출력 패킷 모듈은 다수의 FIFO 유사 메모리를 필요로 하는 집중 장치의 기능을 제공하여야 하고, 필요한 이들 메모리에의 액세스 속도는 집중 장치의 입출력의 수에 정비례한다. 또한, 각각의 출력 패킷 모듈은 그 요구되는 출력 포트로부터 일시적으로 블로킹되는 패킷을 조절하기 위해서 대규모 공유 버퍼 메모리를 제공하여야 한다. 필요한 이들 버퍼 메모리에 대한 액세스 속도는 출력 패킷 모듈로부터의 출력의 수에 비례한다. 또한, 출력 패킷 모듈은 수신한 패킷을 요구되는 출력 포트에 대하여 정확한 시간 순서(time sequence)로 전달하는 수단을 제공해야 한다. 더욱이, 각각의 출력 패킷 모듈은 그 입력과 출력 사이에서 셀을 멀티캐스팅하는 능력을 제공하여야 하는 바, 멀티캐스팅 셀의 다수 사본을 형성하고, 새로운 VPI/VCI 필드를 각각의 멀티캐스팅 셀내로 주입하며, 그들을 적절히 라우팅한다. 이러한 기능 세트가 제공되므로, 출력 패킷 모듈의 규모가 클 수록 이들 기능 전부를 제공하는 작업은 어렵고 고비용의 작업이 될 것임이 분명하다. 그러므로, 요구되는 출력 패킷 모듈의 규모를 줄이는 트레이드 오프 기법이 매우 바람직할 수 있다.The output packet module has a substantially equivalent complexity to the distribution network and the distribution controller due to the functionality within them. For example, each output packet module should provide the functionality of a concentrator that requires multiple FIFO-like memories, and the access speed to these required memories is directly proportional to the number of inputs and outputs of the concentrator. In addition, each output packet module must provide a large shared buffer memory to accommodate packets that are temporarily blocked from the required output port. The access speed to these required buffer memories is proportional to the number of outputs from the output packet module. In addition, the output packet module must provide a means for delivering the received packet in the correct time sequence to the desired output port. Moreover, each output packet module must provide the ability to multicast cells between its inputs and outputs, forming multiple copies of multicasting cells, injecting a new VPI / VCI field into each multicasting cell , And route them appropriately. As these feature sets are provided, it is clear that the larger the output packet module is, the more difficult and costly it will be to provide all of these functions. Therefore, a trade-off technique that reduces the size of the required output packet module may be highly desirable.

도 5에 도시된 시스템에 있어서, 각각의 출력 패킷 모듈은 64개의 입력 링크 및 16개의 출력 링크를 지원하도록 설계된다. 각각의 출력 패킷 모듈이 분배 네트워크(14A) 내의 각각의 크로스바 스위치로부터 모듈로 라우팅되는 정확히 하나의 링크를 가져야하기 때문에, 그 크기가 분배 네트워크(14A) 내에 이용된 크로스바 스위치의 수에 직접적으로 관련된다. 출력 패킷 모듈에서 나오는 출력의 수는 항상 출력 패킷 모듈에 대한 입력 수의 1/F인데, 여기서 F는 분배 네트워크(14A)에 의해 제공되는 팬아웃이다. 도 5에 도시된 분배 네트워크에서는 팬아웃(F)이 4이다.In the system shown in Figure 5, each output packet module is designed to support 64 input links and 16 output links. Since each output packet module must have exactly one link routed from each crossbar switch in the distribution network 14A to the module, its size is directly related to the number of crossbar switches used in the distribution network 14A . The number of outputs from the output packet module is always 1 / F of the number of inputs to the output packet module, where F is the fanout provided by the distribution network 14A. In the distribution network shown in FIG. 5, the fanout (F) is four.

대역외 제어 기법에 기초를 두고 있는 본 발명의 ATM 스위치 아키텍처는 스위치 구조(14A)의 상태에 관련되는 글로벌 정보를 여러 다양한 방법으로 이용할 수 있게 한다. 이와 마찬가지로, ATM 셀의 도착 경로가 파이프 검색기 섹션 내에서 신속하게 라우팅되는 방법은 대역내(in-band)/자가 라우팅 제어 기법에 기초를 둔 아키텍처로는 아마도 매우 어려운 것이될 몇 가지 특징에 대한 기회를 제공한다. 멀티캐스팅이 이러한 특징들 중 하나이다.The ATM switch architecture of the present invention, which is based on out-of-band control techniques, makes it possible to use global information related to the state of the switch fabric 14A in various ways. Likewise, the way that the arrival path of an ATM cell is quickly routed within a pipe browser section is likely to be very difficult with an architecture based on in-band / self-routing control techniques, Lt; / RTI > Multicasting is one of these features.

멀티캐스팅은 ATM에 대하여 단일 입력 ATM 셀을 다수 출력 포트로 라우팅하는 ATM 스위치의 능력으로서 정의된다. 멀티캐스팅은 단일 소스가 다수의 목적지로 송신할 것을 요구하는 응용에 있어서 중요한 특징이다. 이러한 특징에 관한 일반적 응용으로는 특정 텔레비전 쇼에 맞추어진 비디어 트래픽을 CATV 전파 중계소내의비디오 공급자로부터 모든 가정으로 분배하는 것 등이 있다. 또한, 자택 근무(telecommuting) 환경에서 단일 컴퓨터를 이용하는 이용자로부터 공간적으로 분산되어 있는 다수의 컴퓨터를 이용하는 이용자로 이메일 메시지를 분배하는데 있어서 이러한 멀티캐스팅 특성이 유용할 수 있다. 멀티캐스팅 라우팅에 필요한 프로토콜 및 신호 포맷이 ATM 표준 위원회에 의해 명확하게 정해진 적은 없지만, 장래의 ATM 프로토콜은 사용자에 대하여 요구되는 출력 포트 전체를 포함하는 연결 리스트를 지시하고 있는 특정 VPI/VCI 어드레스를 이용하여 모든 출력 포트로의 접속을 설정하도록 요구할 것이다.Multicasting is defined as the ability of an ATM switch to route a single input ATM cell to multiple output ports for ATM. Multicasting is an important feature in applications that require a single source to transmit to multiple destinations. Typical applications for this feature include distributing video traffic tailored to a particular television show from the video provider within the CATV headend to all homes. This multicasting characteristic may also be useful in distributing e-mail messages to users using a single computer in a telecommuting environment and users using multiple computers spatially distributed. Although the protocol and signal format required for multicasting routing have not been explicitly defined by the ATM standards committee, the future ATM protocol uses a specific VPI / VCI address indicating the connection list including the entire output port required for the user To set up a connection to all output ports.

도 15를 참조하면, 본 발명에 따르는 멀티캐스팅이 도시되어 있다. 멀티캐스팅 작업은 2가지 부분으로 분리되는데, 분배 네트워크(14A)는 출력 패킷 모듈(160-1615) 간에 멀티캐스팅을 제공하고, 각각의 출력 패킷 모듈(160-1615)은 그 입력 및 출력 포트 사이에 멀티캐스팅을 제공한다. 결과적으로, 출력 패킷 모듈(160-1615)(셀 복사 기법을 이용하여 멀티캐스팅을 실시할 수 있음)은 입력 중 하나의 입력에 도달하는 몇 개의 ATM 셀 사본만을 만들어야 할 필요가 있다. 분배 네트워크(14A)는 임의의 입력 라인 카드(170-17255)와 멀티캐스팅에 관련되는 각각의 출력 패킷 모듈 사이에 멀티캐스팅 기능을 용이하게 제공할 수 있다. 도 15는 라인 카드(170)로부터 출력 라인(0,1,120,240)에 대한 출력 패킷 모듈(160, 167, 1615)로 멀티캐스팅하는 ATM 셀을 도시하는 것이다. 라인 카드에 의해 발생된 요청 벡터가 논리 "1"로 설정된 하나보다 많은 비트를 갖는 경우, 파이프 검색기(20)는 (전술한 하드웨어에 대하여 어떠한 변화도 요구하지 않으며) 자동으로 ATM 셀을 다수 출력 패킷 모듈로 라우팅하고자 시도할 것이다. ATM 셀은 간단하게 라인 카드(170)로부터 하나보다 많은 경로를 통해서 분배 네트워크(14A)를 통과하여 흐를 수 있으므로, 라인 카드에 의한 셀의 복사가 전혀 필요하지 않다. 출력 패킷 모듈(160-1615)에 관해서는, 도 15 내의 출력 패킷 모듈(160)에서와 같이 출력 패킷 모듈내의 멀티캐스팅이 요구되는 경우, 출력 패킷 모듈은 출력 라인으로 송달하기 위한 수신 버퍼 내의 여러 장소 내에 패킷을 복사하여야 하며, 멀티캐스팅 동안 출력 패킷 모듈을 동작시키기 위하여 저장된 셀을 여러 번 액세스하여야 한다. 여분 하드웨어가 거의 없는 상태에서 ATM 스위치(10A)는 ATM 셀을 멀티캐스팅할 수 있다.Referring to Figure 15, multicasting in accordance with the present invention is shown. Multicasting jobs are separated into two parts, a distribution network (14A) is the output packet module (16 0 -16 15) between the service and multicasting, each output packet module (16 0 -16 15) is the input, and Provides multicasting between the output ports. As a result, the output packet modules 16 0 - 16 15 (which can perform multicasting using cell copying techniques) need to make only a few copies of the ATM cell reaching one of the inputs. The distribution network 14A can easily provide a multicasting function between any input line card (17 0 -17 255 ) and each output packet module associated with multicasting. 15 is showing an ATM cell of a multi-cast to the line card (17 0) output line output packet module for (0,1,120,240) (16 0, 16 7, 16 15) from. If the request vector generated by the line card has more than one bit set to logic " 1 ", pipe finder 20 automatically (without requiring any change to the hardware described above) You will try to route to the module. ATM cell is simply because the line card (17 0) to flow through the distribution network (14A) through a number of paths from one or more, there is no need at all copying of the cell by the line card. When it comes to the output packet module (16 0 -16 15) is required for the multi-cast in the output packet modules as shown in the output packet module (16, 0) in Figure 15, the output packet module receiving buffer for delivery to the output lines And must access the stored cell several times to operate the output packet module during multicasting. The ATM switch 10A can multicast ATM cells in the absence of extra hardware.

하나의 입력 라인으로부터의 하나의 패킷 또는 한 그룹의 입력 라인으로부터의 한 그룹의 패킷을 출력 패킷 모듈(160-1615)의 출력 라인 전체 또는 거의 전체로 전달되도록 하는 멀티캐스팅은 그 스위치 시스템(10A)을 통과하는 총 데이터 대역폭이 입력 제한으로 제어되지 않을 경우 셀 손실 확률에 대하여 매우 현저한 효과를 가질 수 있다. 그러한 입력 제한은 본 기술 분야에서 본 발명에 속하지 않는 것으로 이해되고 있으며 도면에 도시되지 않는다. 하나의 입력 셀이 하나의 셀 주기 동안 모든 출력 라인을 이용할 있을 경우, 그 셀 주기 및 그 다음 셀 주기 동안 다른 입력 라인 상에 있는 임의의 트래픽은 남아 있는 것을 다투어야만 할 것이다. 시뮬레이션은 비멀티캐스팅(non-multicast) ATM 셀 트래픽에 대한 매우 낮은 셀 손실 확률을 갖고 있는 스위치(10A)를 도시하고 있다. 도 5에 도시되어 있는 완전 적재(fully loaded) 스위치에 있어서, 평균 셀 손실 확률은 1x10-12보다 훨씬 더 바람직하고, 이러한 셀 손실 확률은 입력 라인 점유도가 100%에서부터 감소되어 감에 따라 급격하게 감소한다. 멀티캐스팅 동안, 입력 패킷은 스위치 시스템(10A)의 출력 대역폭을 초과하지 않도록 제한되기 때문에, 스위치 시스템(10A)은 비멀티캐스팅 이용시에 제공하는 블로킹 확률보다 더 나은 셀 블로킹 확률을 제공하여야 한다. 그 이유는 멀티캐스팅 동안 출력 패킷 모듈(160-1615)에서 필요로 하는 만큼 복사가 제공되어야 하므로 분배 네트워크(14A)를 통하여 요구되는 경로가 더 적다는 것 때문이다.Multicasting, which allows one packet from one input line or a group of input lines from a group of input lines to be delivered to all or nearly the entire output line of the output packet module 16 0 - 16 15 , ≪ / RTI > 10A) is not controlled by the input limit, it can have a very significant effect on the cell loss probability. Such input limitations are understood in the art not to be a part of the present invention and are not shown in the drawings. If one input cell utilizes all the output lines for one cell period, then there must be some traffic remaining on the other input line for that cell period and then the next cell period. The simulation shows a switch 10A with a very low cell loss probability for non-multicast ATM cell traffic. For the fully loaded switch shown in FIG. 5, the average cell loss probability is much better than 1x10 -12 , and this cell loss probability decreases sharply as input line occupancy decreases from 100% do. During multicasting, the switch system 10A should provide a better cell blocking probability than the blocking probability that it provides when using non-multicasting because the input packet is limited to not exceed the output bandwidth of the switch system 10A. The reason for this is that the required path through the distribution network 14A is less since the copying needs to be provided as required by the output packet modules 16 0 -16 15 during multicasting.

본 발명은 바람직한 실시예와 관련하여 구체적으로 예시되고 설명되었으나, 당업자라면 형태, 세부 사항 및 응용에 대한 다양한 변화가 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 제어기에 대한 변형을 필요로 하면서 4개보다 많은 파이프가 스위치 구조에 이용될 수 있다. 따라서, 첨부된 청구 범위는 본 발명의 영역에 속하는 경우 형태, 세부 사항 및 응용에 있어서 그러한 모든 변화를 커버하고자 의도하고 있다.While this invention has been particularly shown and described with references to preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form, details and applications may be made. For example, more than four pipes can be used in a switch structure, requiring modifications to the controller. Accordingly, it is the intention that the appended claims cover all such changes in form, detail and application as falling within the scope of the invention.

본 발명에 의하면, 1 terabit(테라비트)/sec 레벨에서 전체 처리량으로 통신하기 위해서 데이터 패킷을 이용하는 대규모 원거리 통신 스위치에 의해, 멀티캐스팅을 제공할 수 있다.According to the present invention, multicasting can be provided by a large-scale telecommunication switch that uses data packets to communicate at full throughput at the 1 terabit / sec level.

Claims (4)

다수의 입력 라인 중 적어도 하나의 입력 라인으로부터 다수의 출력 라인으로 패킷을 스위칭하기 위한 패킷 스위치(a packet switch)에 있어서,1. A packet switch for switching packets from at least one input line to a plurality of output lines of a plurality of input lines, 다수의 입력 인터페이스(a plurality of input interface)- 상기 입력 인터페이스 각각은 상기 다수의 입력 라인의 각 입력 라인에 접속된 입력 포트(an input port)를 가지며, 상기 입력 인터페이스 각각은 하나의 출력 포트(an output port)를 가짐 -와,A plurality of input interfaces each having an input port connected to each input line of the plurality of input lines and each of the input interfaces having an output port an output port, 다수의 I개의 입력 포트를 다수의 P개의 출력 포트로 스위칭하는 네트워크와,A network for switching a plurality of I input ports to a plurality of P output ports, 다수의 출력 모듈- 상기 출력 모듈은 서로 다수의 입력과 다수의 출력을 갖되, 상기 출력 모듈의 입력 각각은 상기 다수의 P개의 출력 포트의 각 출력 포트에 접속되고, 상기 출력 모듈의 출력 각각은 상기 다수의 출력 라인의 각 출력 라인에 접속됨 -과,A plurality of output modules each having a plurality of inputs and a plurality of outputs, each input of the output module being connected to a respective output port of the plurality of P output ports, Connected to respective output lines of the plurality of output lines, 적어도 하나의 패킷을 상기 다수의 입력 라인으로부터 다수의 출력 라인으로 멀티캐스팅(multicasting)하는 대역의 제어기(an out of band controller)를 포함하되,An out of band controller for multicasting at least one packet from the plurality of input lines to a plurality of output lines, 상기 다수의 입력 인터페이스 출력 포트 각각은 상기 네트워크의 상기 1개의 입력 포트의 F의 각 그룹으로 팬 아웃되고(fanned out),Each of the plurality of input interface output ports being fanned out to a respective group of F of the one input port of the network, 상기 네트워크는 다수의 C개의 파이프(pipes)- C는 P/I와 동일한 값의 정수임 -를 가지며,The network has a plurality of C pipes - C has an integer equal to P / I - 상기 C개의 파이프의 각 파이프는 상기 다수의 입력 라인 각각으로부터 상기 다수의 출력 라인의 각 출력 라인에 대하여 접속 가능한(connectable) 경로를 갖는 패킷 스위치.Each pipe of the C pipes having a path connectable to each output line of the plurality of output lines from each of the plurality of input lines. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 각각의 상기 입력 인터페이스는 패킷을 저장하기 위한 저장부(a store)를 가지며,Each said input interface having a store for storing packets, 상기 대역외 제어기는 제 1 파이프 및 제 2 파이프를 통하여 블로킹되지(blocked) 않은 경로를 발견하지 못한 패킷에 대한 경로 요청을 제 3 파이프의 파이프 제어기의 입력으로 롤링하고(roll), 그 패킷은 상기 제어기가 각각의 멀티캐스팅 패킷에 대한 각각의 출력 라인에 대해 블로킹되지 않는 경로를 검색하는(hunting) 동안 상기 입력 인터페이스 내에 저장되어 있는The out-of-band controller rolls a path request for a packet that has not found a path that has not been blocked through the first pipe and the second pipe to the input of the pipe controller of the third pipe, A controller is stored in the input interface while hunting a path that is not blocked for each output line for each multicast packet 패킷 스위치.Packet switch. 다수의 파이프- 각각의 파이프는 멀티캐스팅 데이터 패킷에 대해 다수의 경로를 배치하는 다수의 크로스바 스위치(crossbar switch)를 가짐 -를 갖는 스위치 구조를 갖춘 패킷 스위치용 제어기(a controller for a packet switch)에 있어서,A plurality of pipes - each having a plurality of crossbar switches for routing multicast data packets - are connected to a controller for a packet switch having a switch structure having a crossbar switch As a result, 다수의 파이프 검색 제어기- 상기 파이프 검색 제어기 각각은 상기 다수의 파이프 각각을 제어함-와,A plurality of pipe search controllers, each of the pipe search controllers controlling each of the plurality of pipes; 통화중/통화정지(busy-or-idle) 표를 저장하는 다수의 저장 수단과,A plurality of storage means for storing a busy-or-idle table, 멀티캐스팅 요청 벡터(a multicast request vector)와 동시에 상기 통화중/통화정지 표 각각을 액세스하는 수단을 포함하되,Means for accessing each of said busy / busy stalls simultaneously with a multicast request vector, 각각의 상기 파이프 검색 제어기는 다수의 크로스바 스위치 제어기를 갖고, 하나의 파이프의 각 크로스바 스위치는 각각의 크로스바 스위치 제어기를 가지며,Each said pipe search controller having a plurality of crossbar switch controllers, each crossbar switch of one pipe having a respective crossbar switch controller, 상기 다수의 저장 수단 각각은 상기 다수의 크로스바 스위치 제어기의 각 크로스바 스위치 제어기와 관련되고. 그에 대한 각각의 통화중/통화정지 표를 저장하는Each of the plurality of storage means being associated with a respective crossbar switch controller of the plurality of crossbar switch controllers. And stores the call / out-of-call table for each of them 패킷 스위치용 제어기.Controller for packet switch. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, 각각의 상기 통화중/통화정지 표는 다수의 통화중/통화정지 상태 비트- 각각의 통화중/통화정지 상태 비트는 각각의 크로스바 스위치의 각 출력의 통화중/통화정지 상태에 대응함 -를 갖는Each call / outage table has a number of busy / busy stop bits - each busy / call stop bit corresponding to a busy / outage state of each output of each crossbar switch 패킷 스위치용 제어기.Controller for packet switch.
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